2.11.2016 1
2.11.2016 KİMYA NEDİR? Kimya, maddeyi ve maddenin uğradığı değişimleri inceleyen bir bilim dalıdır. Kimyanın ilgi alanını tam olarak anlamak için öncelikle maddeyi tanımlamamız gerekir. Boşlukta yer kaplayan ve kütlesi olan her şey madde olarak tanımlanır. Bu nedenle hava, su, kahve, insan, yıldız, gezegen, taş, araba, bilgisayar, bakteri, hücre gibi şeyler birer maddedir. 2
2.11.2016 Peki o zaman “Her şey madde midir? ” sorusunu sorabiliriz. 3
2.11.2016 Peki o zaman “Her şey madde midir? ” sorusunu sorabiliriz.Bu sorunun cevabı “ hayır” dır. Çünkü evrende madde olmayan olgularda vardır. Örneğin güneş ışınları, radyo dalgaları, cep telefonu sinyalleri, bilgi, duygularımız madde olmayan kavramlara örnektir. Çevremiz ço na u m ya bilgisi gereklidir. n; pa ö tu yemeğin pişme sürecini uzatması gibi günlük yaşamımızda karşılaştığımız birçok olayın sebebini kimya bilgilerimizi kullanarak açıklayabiliriz. 4
2.11.2016 Kimya günümüzde birçok ana bilim dalına ve bunların alt dallarına ayrılmıştır. Beş temel anabilim dalı: ORGANİK KİMYA: C ve onun bileşiklerini inceler. İNORGANİK KİMYA: Genellikle C ve bileşikleri dışındaki maddeleri inceler. ANALİTİK KİMYA: Maddelerin tanınması, analizi, bileşiminin nicel ve nitel yönden incelenmesiyle ilgilenir. FİZİKOKİMYA: Maddelerin enerji ilişkilerini ve hal değişimlerini inceler. BİYOKİMYA: Canlıların yapısında gerçekleşen kimyasal olayları ve bunların sonuç ve etkilerin inceler. Bunlara bağlı alt bilim dalları: polimer kimyası, çevre kimyası, petrol kimyası, korozyon kimyası, termokimya, elektro kimya … ve diğerleri 5
2.11.2016 MADDENİN SINIFLANDIRILMASI 6
2.11.2016 Saf Madde ve Karışımlar Belli bir bileşime ve özelliklere sahip olan maddelere saf madde denir. Su, bakır, sofra tuzu, hidrojen saf madde örnekleridir. Bu maddeli he bii d tek bir tür madde içermektedir. S ment ya da bileşikolabilir (Bu kavramları daha sonra inceleyeceğiz). 7
2.11.2016 Doğada maddelerin önemli bir kısmı saf olmayıp başka madde türlerinin karışımından oluşurlar. En az iki maddenin kendi özelliklerini kaybetmeden oluşturduğu yapıya ise karışım denir. Örneğin; bir kaya parçasında, birçok maddeye ait renk ve oluşumlar görülebilir. Hava ise başta azot ve oksijen gazları olmak üzere birçok gazın (saf maddenin) bir karışımıdır. 8
2.11.2016 Bunların yanı sıra sirke, portakal suyu, çamurlu su da karışıma örnek olarak verilebilir. Dolayısıyla bir karışım, içinde iki veya daha fazla sayıda saf maddeyi içerir ve bileşimi sabit değildir. Örneğin şekerli su, farklı oranlarda su ve şeker miktarlarıyla hazırlanabilir.Karışımı oluşturan saf maddelere karışımın bileşenleri denir. Şekerli suda şeker ve su karışımın bileşenleridir. Şekil 1.1 de maddenin sınışandırılması şematik olarak gösterilmiştir. 9
2.11.2016 10
2.11.2016 MADDENIN SıNıFLANDıRıLMASı Çevremizde görülen bütün maddeler aşağıdaki gibi sınıflandırılır. 11
2.11.2016 12
2.11.2016 Homojen ve Heterojen Karışımlar Karışımlar homojen ya da heterojen olabilirler. Homojen karışımda, karışımın her yerinde bileşim aynıdır. Homojen bir karışım mikroskop kullanılsa bile saf maddeden ayırt edilemez. Bir bardak suda bir çay kaşığı tuzun çözünmesi ile elde edilen karışım homojen karışıma bir örnektir. 13
2.11.2016 Homojen karışımlara aynı zamanda çözelti de denir. Diğer taraftan bileşimi farklı noktalarda farklı olabilen karışımlara heterojen karışım denir. Örneğin yağ-su karışımı heterojen bir karışımdır. Özellikle kimyasal tepkimeleri daha iyi yorumlamak için aşağıya dikkat edelim: X(k) : Katı halde X maddesi demektir. X(s) : Sıvı halde X maddesi demektir. X(g) : Gaz halinde X maddesi demektir. X(suda) veya X(aq) : Suda çözünmüş X maddesi demektir. 14
2.11.2016 15 Çözeltiler Çözelti çeşidi Sıvı-sıvı Katı-sıvı Katı-katı Sıvı-gaz Gaz-gaz Örnekler Kolonya Tuzlu su, şekerli su Alaşımlar (pirinç, çelik, lehim vb.) Kolalı içecekler, suda çözünmüş oksijen saf hava 15
2.11.2016 Karışım ister homojen ister heterojen olsun fiziksel yollarla bileşenlerinin özellikleri korunarak kendisini oluşturan saf maddelere ayrılabilir. Bir bardak suda bir çay kaşığı tuzun çözünmesi ile hazırlanmış karışımda (çözeltide) tuz, su buharlaştırılarak tekrar geriye kazanılabilir. Oluşan su buharı bir başka yerde toplanıp yoğunlaştırılırsa bu durumda da su geri kazanılır. Böylece karışımı oluşturan bileşenler başlangıçtaki özelliklerini kaybetmeden elde edilmiş olur. Bir miktar kömür ve su ile hazırlanmış heterojen karışım, süzme işlemi ile bileşenlerine (kömür ve su olarak) ayrılabilir. Ya da bir miktar demirtalaş karışımı bir mıknatıs yardımıyla demir ve talaşa ayrılabilir. Prof. Dr. Hasan Toğrul 16
2.11.2016 Karışımların Özellikleri 1- Karışımlar kendini oluşturan maddelerin özelliklerini taşırlar. 2- Karışımı oluşturan maddeler kendi (kimyasal) özelliklerini yani kimliklerini kaybetmezler. 3- Karışımlar sonucu yeni madde oluşmaz. 4- Karışımı oluşturan maddeler istenilen her oranda birleşebilirler. 5- Karışımlar en az iki farklı maddeden (atomdan yani elementten veya bileşikten) oluşurlar. 6- Karışımlar fiziksel değişme sonucu oluşup fiziksel yollarla (eleme süzme dinlendirme gibi) ayrılırlar. 7- Karışımlar homojen ya da heterojen olabilirler. 8- Karışımlar saf madde değillerdir. 9- Karışımlar formüllerle gösterilmezler. (Saf madde olmadıkları için). 10- Karışımların öz kütleleri sabit değildir. 11- Karışımların erime kaynama donma yoğunlaşma sıcaklıkları sabit değildir ve bu sıcaklıklar karışımı oluşturan madde miktarına göre değişir. 17
2.11.2016 18
2.11.2016 Çözeltilerin Ayrılması 19 Katı-sıvı ve sıvı-sıvı karışımları ayırma işleminde kullanılan basit damıtma (destilasyon)düzeneği 19
2.11.2016 Vakum Destilasyonu 20 20
2.11.2016 Emülsiyonların (birbiri içerisinde karışmayan sıvıların) Ayrılması 21 Emülsiyonlar (sıvı-sıvı heterojen karışımlar) öz kütle farkından yararlanılarak, bileşenlerine ayrılırlar. Bu iş için ayırma hunisi adı verilen özel bir alet geliştirilmiştir. 21
2.11.2016 Katı Karışımların Ayrılması 22 Katı karışım; tuz-şeker, kum-tuz, un-tuz gibi iki bileşenli ise, katının birini çözecek diğerini çözmeyecek uygun bir çözücü kullanılarak, katı karışım süspansiyona dönüştürülür. Süspansiyon süzülerek bileşenlerden biri (süzgeç kağıdında kalan) ayrılır. Süzüntü buharlaştırıldığında, çözücü buharlaşır ve çözünen katı kapta kalır. 22
2.11.2016 23
2.11.2016 24
2.11.2016 Katı Karışımların Ayrılması 25 Soru: Tuz ve şeker karışımı (katı-katı) bileşenlerine nasıl ayrılır? 25
2.11.2016 Kimyasal Yolla ayrıştırma 26 Bileşikler kimyasal yolla elementlere yada farklı yapıdaki bileşiklere dönüştürülebilir. 26
2.11.2016 Elementler Aynı tür atomlardan oluşan ve kimyasal yöntemler ile daha basit maddelere ayrılamayan maddelere element denir. Antimon, karbon, kükürt, bakır, altın, demir, kurşun, civa, gümüş, kalay gibi bazı elementler antik çağlardan beri bilinmektedir. Tarihsel süreç içinde birçok element keşfedilmiş ve bugün bilinen elementlerin sayısı 110 un üstüne çıkmıştır. Bazı elementler (altın, kükürt gibi) doğada elementel halde bulunurken, birçok element başka elementler ile oluşturduğu bileşikler halinde bulunurlar. Bu tür elementlerin elementel halleri, başka elementler ile oluşturduğu saf maddelerden ayrılarak elde edilebilir. Prof. Dr. Hasan Toğrul 27
2.11.2016 Her elementin bir ismi bir de sembolü vardır. Elementlerin adlarının farklı kaynakları vardır. Örneğin bakır elementinin ismi “cyprus” dan, altın elementinin ismi latince “sarı” kelimesinden gelmiştir. Argon, arsenik, aluminyum gibi bazı elementlerin modern adları vardır. Son zamanlarda keşfedilen elementlere ise bilim adamlarının veya yerlerin adlarına atfen adlar verilmiştir. Bunlara örnek berkelyum, kaliforniyum, einsteinyum sayılabilir. 28
2.11.2016 Elementlerin sembolleri, kimyasal tepkime denklemlerinde yani saf maddelerin başka saf maddelere dönüşümünü gösteren denklemlerde kullanılır. Her elementin bir veya iki harften oluşan bir sembolü vardır. Çoğu elementin sembolü İngilizce’ den türetilmiştir. Tek harfi semboller her zaman büyük harfle yazılırken iki harfli sembollerde ilk harfi büyük, ikinci harf küçük yazılır. 29
2.11.2016 30
2.11.2016 Simge: K Formül: K CAS numarası: 7440-09-7 Atom numarası: 19 Atom Kütlesi : 39,0983 u ± 0,0001 u Elektron Konfigrasyonu: [Ar] 4s1 Molar Kütle: 39,0983 g/mol 31
2.11.2016 32
2.11.2016 33
2.11.2016 34
2.11.2016 Bileşikler Elementlerin saf maddeler olduğunu gördük. Saf maddelerin bir diğer türü de bileşiklerdir. Bileşikler, iki ya da daha fazla sayıda farklı elementin atomlarından oluşan saf maddelerdir. Çevremizdeki saf maddelerin çoğu, elementlerden daha çok elementlerin birleşmesi sonucu oluşan bileşiklerdir. Bileşikleri oluşturan elementlerin bileşimleri sabittir. Bu durum sabit oranlar yasası veya belirli oranlar yasası olarak bilinmektedir. Örneğin bir saf su örneği kaynağına bakılmaksızın nereden alınırsa alınsın kütlece %11,19 hidrojen ve %88,81 oksijen içermek zorundadır. Bu oran su bileşiğinde hiçbir şekilde değişmez. 35
2.11.2016 Bileşikler organikya da anorganikolarak sınışandırılır. Organik bileşikler karbon ve genellikle hidrojen elementleri içeren moleküler bileşiklerdir (metan, propan, glukoz gibi). Diğer bütün bileşikler ise anorganik bileşik olarak sınışandırılır. Su, kalsiyum sülfat, amonyak, hidrojen klorür, karbon dioksit, kalsiyum karbonat gibi maddeler anorganik bileşiklere örnek olarak verilebilir. Karışımlar ve bileşikler arasındaki temel farklılıklar Çizelge 1.1 de verilmiştir. 36
2.11.2016 37
2.11.2016 38
2.11.2016 Maddenin Halleri Bütün maddeler katı, sıvı ve gaz olmak üzere başlıca üç fiziksel halde bulunurlar. Maddelerin bileşimleri değişmeden fiziksel halleri değişebilir. şekil 1.2 de bir maddeyi oluşturan yapıların (atomların veya moleküllerin) fiziksel hale göre konumlarının ve buna bağlı olarak bazı özelliklerinin nasıl değiştiği verilmiştir. 39
2.11.2016 40
2.11.2016 41
2.11.2016 42 Maddenin Halleri Su molekülünün üç hali H2O(k) H2O(s) H2O(g) 42
2.11.2016 Maddenin Plazma Hali: Elektrikçe nötr olan; atom, iyon, elektron ve moleküllerin bir arada bulunduğu karışıma plazma hali denir. Daha çok yüksek sıcaklık ve basınçta plazma hali ile karşılaşılır. Kibrit alevi, floresan lambadaki ışıldama maddenin plazma haline örnek verilebilir. 43
2.11.2016 Maddedeki Hal Değişimleri Gaz Buharlaşa SIVI Erime Katı 44 44 Donma Yoğunlaşma
2.11.2016 MADDENİN FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Her saf maddenin onu tanımamızı ve diğer maddelerden ayırt etmemizi sağlayan özellikleri vardır. Maddenin özelikleri; fiziksel ve kimyasal olmak üzere ikiye ayrılır. Fiziksel özellikler, maddenin yapısı veya bileşimi değişmeden gözlenebilir ve ölçülebilir özelliklerdir. Yoğunluk, erime noktası, kaynama noktası, renk, koku gibi özellikler fiziksel özellikler arasındadır. 45
2.11.2016 Kimyasal özellikler ise bir maddenin, başka bir madde oluşturmak için değişime uğraması yani tepkimeye girmesi ile gözlenen özelliklerdir. Bir başka ifade ile kimyasal özellikleri gözlemek için kimyasal bir değişimin olması gerekir. Kimyasal değişimden sonra artık başlangıçtaki madde yoktur. Bu madde, başka madde veya maddelerle ve bazı durumlarda kendi başına tepkimeye girerek farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip başka bir madde veya maddelere dönüşmüştür. Örneğin doğal gazın (metanın) yanıcılığı bir kimyasal özelliktir. Doğal gaz oksijen ile tepkime vererek (yanarak) karbon dioksit ve su oluşturur. Gerek karbon dioksit,gerek su, metan ve oksijenden farklı özelliklere sahip maddelerdir. Benzer şekilde şekeri ısıttığımızda oluşan yeni maddenin özellikleri şekerin özelliklerinden farklıdır ve bu maddeden tekrar şekerin elde edilmesi söz konusu değildir. 46
2.11.2016 Maddenin bazı özellikleri incelenen madde miktarına bağlı değildir. Bu tür özelliklere şiddet özelliği denir. Örneğin maddenin sıcaklığı, erime noktası, yoğunluğu, molar ısı kapasitesi o maddenin şiddet özellikleridir. Madde miktarına bağlı olan özelliklere ise kapasite özelliği denir. Kütle ve hacim bu tür özelliğe örnek olarak verilebilir. Elimizdeki bir cezve su ile bir çaydanlık suyun her ikisinin de 1 atm basınçta 100 °C de kaynaması, kaynama noktasının bir şiddet özelliği olmasından; bir cezve suyun hacminin bir çaydanlık suyun hacminden az olmasının nedeni ise hacmin bir kapasite özelliği olmasından kaynaklanmaktadır. 47
2.11.2016 Maddenin ayırt edici özellikleri 48 Yalnız öz kütlesi veya yalnız erime noktası veya yalnız kaynama noktası bilinen bir maddenin hangi madde olduğu anlaşılabilir mi? 48
2.11.2016 Maddenin ayırt edici özellikleri 49 • Nikelin öz kütlesi 8,9 g/cm3’tür. Acaba öz kütlesi 8,9 g/cm3 olan bir madde nikel midir? • Öz kütlesi demirin 7,86 g/cm3 ve gümüşün 10,5 g/cm3 ’tür. Belli bir oran da demir ve gümüşten karıştırarak öz kütlesi 8,9 g/cm3 olan alaşım hazırlanabilir. Bu durumda öz kütleleri 8,9 g/cm3 olan madde nikel de olabilir, demir – gümüş alaşımı da olabilir. Demek ki, öz kütle yalnız başına tam anlamıyla ayırt edici olma özelliği göstermeyebiliyor. 49
2.11.2016 Maddenin ayırt edici özelliklerinin her biri tek başına yeterli mi? 50 Erime noktası Kaynama noktası Yoğunluk Kırılma indisi İletkenlik vb fiziksel özellikler tek başlarına bir maddeyi teşhis etmek için kullanılamazlar. Aynı erime noktasına sahip binlerce molekül vardır. 50
2.11.2016 Fiziksel ve Kimyasal Özellikler 51 Maddenin rengi, kokusu, hacmi, hali, yoğunluğu, erime noktası ve kaynama noktası gibi bazen beş duyumuzla doğrudan bazen de ölçümler yaparak tespit edilen özelliklere maddenin fiziksel özellikleri denir. Maddenin enerji etkisiyle yada diğer kimyasal maddelerle yeni maddeler oluşturabilme yeteneğine maddenin kimyasal özellikleri denir. 51
2.11.2016 Fiziksel ve Kimyasal Değişmeler 52 Maddenin taneciklerinin yapısının değişmediği durumdaki değişmelere fiziksel değişme denir. Maddenin hal değiştirmesi bir fiziksel değişmedir. Hal değişimi sırasında maddenin taneciklerinin yapısında bir değişme olmaz. Sadece, taneciklerin enerjileri ve bir araya gelme biçimleri değişir. 52
2.11.2016 Fiziksel ve Kimyasal Değişmeler 53 Maddenin taneciklerinin yapısının değiştiği durumdaki değişmelere kimyasal değişme denir. Odunun yanması, dinamit’in ısıtıldığında patlaması, demirin paslanması birer kimyasal değişme örnekleridir. 53
2.11.2016 Kimyasal Değişme (Reaksiyon) 54 Kimyasal değişmelere çoğunlukla “Kimyasal Reaksiyon” denir. Bir kimyasal reaksiyonda, başlangıçta alınan maddelere “reaktantlar” veya reaksiyona girenler denir. Reaksiyon sonucunda meydana gelenlere de ürünler denir. 54
2.11.2016 Ekzotermik ve Endotermik Reaksiyonlar 55 Çevreye ısı vererek yürüyen reaksiyonlara “ekzotermik reaksiyonlar” denir. Çevreden ısı alarak yürüyen reaksiyonlara “endotermik reaksiyonlar” denir. 55
2.11.2016 56 Ekzotermik ve Endotermik Reaksiyonlar Yanma reaksiyonları ekzotermik, bozunma reaksiyonları ise endotermik reaksiyon çeşitleridir. 56
2.11.2016 ATOM KURAMI VE ATOMUN YAPISININ KEŞFİ M.Ö. V. yüzyılda filozofların, bütün maddelerin bölünemeyen anlamına gelen atomos denilen çok küçük taneciklerden meydana geldiğini düşündükleri bilinmektedir. Ancak bu düşünce spekülasyondan başka bir şey değildi. Atomun varlığını belirlemeye yönelik çalışmaların XVII. yüzyılda başladığı görülmektedir ve atom ile ilgili ilk hipotezler 1807 yılında John Dalton tarafından önerilmiştir. 57
2.11.2016 John Dalton yaptığı gözlemler sonucu atom ile ilgili aşağıdaki hipotezleri önermiştir: • Elementler atom denilen çok küçük taneciklerden oluşur. • Bir elementin bütün atomları özdeştir. Farklı elementlerin atomları farklıdır ve farklı özelliklere ve farklı kütleye sahiptirler. • Bir elementin atomları kimyasal tepkimelerle farklı atomlara dönüştürülemez. Kimyasal tepkimelerde atomların oluşturulması ya da yok edilmesi söz konusu değildir. • Bileşikler birden fazla elemente ait atomların bir araya gelmesi sonucu oluşur. 58
2.11.2016 Bir bileşikte bulunan atomlarının türü ve sayısı daima aynıdır. Dalton’un atom için yapmış olduğu hipotezler, sabit oranlar, kütlenin korunumu katlı oranlar yasaları olarak ifade edilen yasaları açıklayabilmektedir. 59
2.11.2016 Sabit Oranlar yasası, kaynağı ne olursa olsun bir bileşikte onu oluşturan elementlerin kütleleri arasında daima belli ve sabit bir oran olduğunu ifade eder. Örneğin 18,0 gramlık bir su örneği nereden alınırsa alınsın 2,0 gram hidrojen ve 16,0 gram oksijen içerir. Eğer su örneğimiz 36,0 gram ise, bu durumda bu örnek 4,0 gram hidrojen ve 32,0 gram oksijen içermek durumundadır. Sonuçta suda hidrojen her gramına karşılık 8.0 gram oksijen bulunur. Ve kütle oranı daima sabittir. Bu yasanın temeli Dalton’un 4. hipotezidir. 60
2.11.2016 Örnek Soru Çözümleri Örnek 1-) 16 gram CH4 bileşiğinde, 12 gram C ve 4 gram H elementi bulunur. Bu durumda, CH4 bileşiğinde, elementlerin kütlece birleşme oranı: mC/mH = 12/4 = 3/1 = 3 dür. 61
2.11.2016 Örnek 2-) Fe2O3 bileşiğinde 11,2 gram Fe ile 4,8 gram O birleşmiştir. Buna göre, 40 gram Fe2O3 bileşiğinde kaç gram Fe bulunur? Örnek 2 Çözüm: Fe2O3 bileşiğinin 11,2 gramı Fe, 4,8 gramı O ise, bileşiğin kütlesi 16 gramdır. Bu durumda; 16 gram bileşikte 40 gram bileşikte 11,2 gram Fe varsa x gram Fe vardır. 16.x = 40.11,2 x= 448/16 x= 28 gram Fe vardır. 62
2.11.2016 Örnek 3-) CO2 bileşiğinin 22 gramında 6 gram karbon (C) elementi bulunmaktadır. Buna göre, 64 gram oksijen (O) kaç gram karbon (C) ile birleşmiştir. Örnek 3 Çözüm: 22 CO2 bileşiğinin 6 gramı C ise 16 gramı O’dur. Bu durumda; 6 gram C x gram C 16 gram O ile birleşmişse 64 gram O ile birleşir. x.16 = 6.64 x = 384/16 x = 24 gram C vardır. 63
2.11.2016 Kütlenin korunumu yasası Maddenin yoktan var, vardan yok olamayacağını ifade eder. Dolayısıyla bir kimyasal tepkimeye giren maddelerin (tepkenlerin) kütlelerinin toplamı, tepkimeden çıkan maddelerin (ürünlerin) kütlelerinin toplamına eşit olduğu kabul edilir. (Burada kimyasal tepkimelerdeki kütle-enerji dönüşümleri üzerinde durulmayacaktır). Bu nedenle kimyasal tepkimelerde kütlenin korunduğu kabul edilir. Örneğin 16,0 g metanın 64,0 g oksijen ile yanması sonucu 44,0 g karbon dioksit ve 36,0 g su oluşur. Bu yasanın temeli Dalton’un 3. hipotezidir. 64
2.11.2016 KÜTLENIN KORUNUMU KANUNU Kibrit çöpü yandığında kütlesi azalır, neden? Magnezyum yandığında kütlesi artar, neden? Bir Kimyasal reaksiyonda, reaksiyona giren maddelerin kütleleri toplamı, ürünlerin kütleleri toplamına eşittir. 65
2.11.2016 BIRLEŞEN HACIMLER KANUNU Aynı sıcaklık ve basınç altında reaksiyona giren gazlar ile oluşan gazların hacimleri arasında basit sayılarla ifade edilebilen oranlar vardır. 66
2.11.2016 Katlı oranlar yasası, eğer iki element birden fazla bileşik oluşturuyorsa, elementlerden birinin sabit kütlesi ile birleşen diğer elementin kütleleri arasındaki oranın (veya oranların) en küçük tamsayılar ile ifade edilen bir oran (veya oranlar) olduğunu ifade eder. Şimdi bunu bir örnekle açıklayalım. Hidrojen ve oksijenin farklı oranlarda birleşmesi sonucu su (H2O) ve hidrojen peroksit (H2O2) bileşikleri oluşur. Suda 2,0 g hidrojenin 16,0 g oksijen ile, hidrojen peroksitte ise 2,0 g hidrojenin 32,0 g oksijen ile birleştiği görülür. Sonuçta kütlece aynı miktar hidrojen içeren su ve hidrojen peroksit örneklerinde, hidrojen peroksitteki oksijen kütlesinin sudaki oksijen kütlesine oranı 2:1 dir. 67
2.11.2016 Atomun oldukça küçük ve bölünemez bir parçacık olduğu Dalton tarafından düşünülmüş olsa da atomun varlığına yönelik doğrudan kanıtlar XIX. yüzyılın sonları ile XX. yüzyılın başlarında geliştirilen yöntemler sayesinde elde edilmiştir. Bu çalışmalar sonucu atomun elektron, proton ve nötron olarak adlandırılan daha küçük parçacıklardan (atomaltı parçacıklar) oluştuğu kanıtlanmıştır. şimdi bu parçacıkların keşfine ilişkin çalışmaları görelim. 68
2.11.2016 Katot ışınları üzerine uzun yıllar çalışan Joseph John Thomson, bu ışınların hem elektrik hem de manyetik alanda saptığını bulmuştur ve bu çalışmalar sonucu, Thomson 1897 de bu ışınların atom kütlesinden oldukça küçük kütleye sahip negatif yüklü parçacıklar (elektronlar) olduğunu ileri sürmüştür. 69
2.11.2016 Thomson, elektrik ve manyetik alanların katot ışınlarını zıt yönlerde saptırması nedeniyle (şekil 1.4) bu alan kuvvetlerini dengeleyerek katot ışınlarının yani elektronların sapmaya uğramadan bu alanlardan geçmesini sağlamış ve bu alanların şiddetinden yararlanarak elektronun yükünün (e-) kütlesine (m) oranını (e-/m) hesaplayabilmiştir. Bu değer 1,76x108 C/g dır. Burada birim coulomb/gramdır. 70
2.11.2016 Düşmekte olan bir damlacığa uygun şiddette bir damlacık elektrik yer alanı uygulandığında ise bu kez, negatif yüklü çekimi kuvvetinin zıt yönünde bir kuvvetin de etkisinde olacaktır. Bu iki kuvvetin dengelenmesi sonucu yüklü yağ damlacığı asılı bir durumda kalabilir. Bu iki kuvvetin yağ damlacığına etkisi hesaplanarak yağ damlacığı üzerindeki yükün değeri hesaplanabilmiştir. Bu yük için deneyler sonucu elde edilen değerler, 1,60x10-19 C un tam katları olmuştur. Böylece bir elektronun yükünün 1,60x10-19 C olduğu bulunmuştur. 71
2.11.2016 Elektronun yük/kütle oran› 1,76x108 C/g ile yükü 1,60x10-19 C değerleri bulunduktan sonra elektronun kütlesi hesaplanabilmiştir. 72
2.11.2016 Elektronun kütlesi için bulunan bu değer bir hidrojen atomunun kütlesinin 1837 de biri kadardır. Şimdi kendimize ‘O halde atomun kütlesinin çok büyük kısmını ne oluşturmaktadır’ sorusunu sorabiliriz. 73
2.11.2016 74
2.11.2016 75
2.11.2016 76
2.11.2016 77
2.11.2016 ANLAMLI SAYILAR Milattan önce 4000 li yıllar ifadesindeki 4000 rakamının doğruluk ve hassasiyeti nedir? 3 gr, 3.0 gr, 3.00 gr aynı mıdır? 40±2 neyi ifade eder? sayısı kaç basamak? 3.1415926535897932384626433832795028841971693993 751058……………. 78
2.11.2016 ANLAMLı RAKAM SAYıSı Sayılar, kesin sayılar ve ölçme sayıları olarak ikiye ayrılırlar. Kesin sayılar belirsizliği olmayan sayma sayıları ve tanım sayılarıdır. Ölçme sayıları ise bir ölçme sonucu elde edilen ve son hanesinde belirsizlik bulunan sayılardır. Hiç bir ölçme sonucunda kesin sayılar elde edilemez. Ölçme sayılarının da son hanesindeki rakamda belirsizlik vardır. Fakat son hanedeki rakamın önündeki rakamlar kesin olarak bilinen rakamlardır. Kesin olarak bilinen rakamlarla belirsizlik olan rakamların tümüne birden anlamlı rakamlar denir: 25 (belirsizlik 1) , 2300 (belirsizlik 100) 2300. (belirsizlik 1) , 0.029 (belirsizlik 0.001) 79
2.11.2016 ANLAMLI SAYILAR YUVARLAMA: Virgülden sonra alınacak hane basamağından sonra gelen rakamlar 0,1,2,3 ve 4 ise atılır; Virgülden sonra alınacak hane basamağından 5, 6, 7, 8 ve 9 ise en son kalan rakam bir artırılır Örneğin 3.141592 … rakamı virgülden sonra iki haneli olacaksa 3.14 olur eğer virgülden sonra üç hane olacaksa 3.142 olur 80
2.11.2016 Birim Sistemleri SI birim sistemine göre temel birimler. 81
2.11.2016 BIRIM SISTEMI MADDE MİKTARI: Mol HACİM: Litre, ml, cm 1000 cm3=1000 ml= 1 lt UZUNLUK: Metre (ve alt ve üst katları) Angstrom (Å) = 10-10 m 1 inç= 2.54 cm=25.4 mm 82
2.11.2016 BIRIM SISTEMI SICAKLIK Celcius (C) (t) Kelvin (K) (T) Fahrenhayt ( F)(F) T= t+273 25 C= 25+273 K= 298 K 83
2.11.2016 BIRIM SISTEMI t oC= 5/9 (F-32) Örnek: Vücut sıcaklığı yaklaşık 36 oC’dir. Bunu Fahrenhayta çeviriniz 36 oC = 5/9 (F-32) F= 96.8 oF 84
2.11.2016 BIRIM SISTEMI BASINÇ Atm, Bar, Torr, mm-Hg 1 atm= 760 torr=760 mm-Hg 1 bar = 750.062 torr = 0.9869 atm 85
2.11.2016 BIRIM SISTEMI Birim sistemlerinde kullanılan alt ve üst kat önekleri ÖNEK mili kilo KAT mikro 10-3 kat 103 kat 10-6 kat nano 10-9 kat SEMBOL m k n 86
2.11.2016 BIRIM SISTEMI Kimyada Kullanılan Bazı Sabitler R (İdeal Gaz Sabiti) R=0.082 lt.atm./mol. K R=1.987 kal./mol. K R= 8.314 j/mol. K NA=Avagadro sayısı = 6.02X1023 87
2.11.2016 SI temel birimlerinden türetilmiş birimler 88
2.11.2016 ÇEVİRME FAKTÖRÜ Matematiksel işlemlerde birimler dikkate alınmalı ve çevirme faktörleri kullanılarak anlamlı birimleri ifade eden rakamlar elde edilmelidir. 89
2.11.2016 ÇEVİRME FAKTÖRÜ Örnek: 36 km/saat kaç m/sn’dir? 90
2.11.2016 Elektronlar atomun bir parçasıdır. Elektronlar (–) yüklü parçacıklardır, atomlar ise nötrdür. Dolayısıyla atomlarda elektronların yükünü dengeleyecek (+) yüklü parçacıkların olması gerekir. Çekirdek atomun bir diğer parçası olup elektronlarla eşit oranda fakat ters işaretli (+) yük taşırlar. 91
2.11.2016 NÖTRON VE PROTONLAR Rutherford’un atom modeline göre pozitif yüklü atom çekirdeği atomun merkezinde, küçük bir hacim kaplamıştır. Negatif yüklü elektronlar ise atom çekirdeği etrafında belirli yörüngelerde hareket etmektedirler. Bu modele göre çekirdeği +2 yüklü olan helyumun kütlesi, çekirdeği +1 yüklü olan hidrojenin kütlesinden iki kat fazla olmalıdır. Fakat gerçekte helyumun kütlesi hidrojenin kütlesinin dört katıdır. Bunun sebebi atom çekirdeğinin hem pozitif yüklü protonlardan hem de elektrik yükü olmayan nötronlardan oluşmasıdır. 92
2.11.2016 BOHR ATOM MODELI Rutherford atom modelinde, elektronların çekirdek çevresinde ne şekilde bulundukları hakkında herhangi bir bilgi bulunmamaktadır. Bir atomdaki elektronların, tıpkı bir gezegenin güneş etrafındaki yörüngesel hareketi gibi, hareket halinde oldukları düşünüldü. 93
2.11.2016 BOHR ATOM MODELI 1913 yılında Hollandalı Fizikçi Niels Bohr klasik fizik ve kuantum kuramının ilginç bir sentezini yaparak hidrojen atomu için yeni bir model ileri sürdü. Niels Bohr (1885-1962) 94 94
2.11.2016 BOHR ATOM MODELI Bu modelde yer alan görüşler, şu şekilde özetlenebilir: 1. Elektron, çekirdek etrafında, dairesel yörüngelerde hareket etmektedir. 2. Elektronun hareket edebildiği yörüngelerin belli enerji değerleri vardır. Elektron, bu belli enerjiye sahip yörüngelerde bulunduğu sürece enerji yaymaz. 95 95 95
2.11.2016 BOHR ATOM MODELI Bu modelde yer alan görüşler, şu şekilde özetlenebilir: 1. Elektron, çekirdek etrafında, dairesel yörüngelerde hareket etmektedir. 2. Elektronun hareket edebildiği yörüngelerin belli enerji değerleri vardır. Elektron, bu belli enerjiye sahip yörüngelerde bulunduğu sürece enerji yaymaz. 96 96 96
2.11.2016 BOHR ATOM MODELI 3. Elektron bir üst enerji düzeyinden (yörüngeden), alt enerji düzeylerine düştüğünde ışıma şeklinde enerji yayar. Yayımlanan ışık fotonunun enerjisi E = h’dür. Planck sabiti (h) Frekans ( 97 97
2.11.2016 BOHR ATOM MODELI Hidrojen atomundaki enerji düzeyleri’nin (yörüngeler) enerjisi, aşağıda verilen eşitlik ile hesaplanır. En = A n2 n = 1, 2, 3,…. n sayısı, kuantum sayısı olarak adlandırılır. 98 A = 2,179 x 10-18 J 98
2.11.2016 BOHR ATOM MODELI Bohr tarafından önerilen atom modeli, aşağıdaki şekilde şematize edilebilir. Enerji Düzeyi Kabuk n = 1 n = 2 K L n = 3 M n = 4 N n = 5 O n = 6 P n = 7 Q N M L K n = 4 n = 3 n = 2 n = 1 e99 99
2.11.2016 BOHR ATOMU 100 100
2.11.2016 BOHR ATOM MODELI Hidrojen atomunda, yayılan bütün ışınların frekansları aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir. 101
2.11.2016 MODERN ATOM KURAMI Schrödinger Denklemi : (psi) : dalga fonksiyonu x, y, z : uzay koordinatları m : elektronun kütlesi E : toplam enerji V : potansiyel enerji 102 102
2.11.2016 MODERN ATOM KURAMı Schrödinger denkleminin çözümünden, n, l, ml şeklinde üç kuantum sayısı bulunur. Bu kuantum sayılarının üçünün belli değerleri, elektronların bulunma ihtimalinin yüksek olduğu yerlere karşılık gelir. Elektronun bulunma ihtimalinin yüksek olduğu yerlere “orbital” denir. 103 103
2.11.2016 MODERN ATOM KURAMı Orbitallerin kesin sınırları olmamakla beraber, elektronun zamanının %90-95’ini geçirdiği bölgeye orbital denmektedir. 104 104
2.11.2016 MODERN ATOM KURAMI Schrödinger denkleminin çözümüyle elde edilen hidrojen atomuna ait bilgilerde artık yörünge kavramı tamamen çürütülmüştür. Yeni atom modelinde, elektron, kesin yörüngeler üzerinde değil, orbital adı verilen uzay parçalarında hareket etmektedir. 105
2.11.2016 Hidrojenin atom çekirdeği (proton) 106
2.11.2016 Çekirdeğin etrafında elektronun bulunduğu bölgenin kesiti 107
2.11.2016 Hidrojenin atom çekirdeği ve çevresindeki elektron yörüngesi 108
2.11.2016 Orbital Elektronların var olma ihtimalinin yüksek olduğu bölgelere orbital (yörünge) denir. Orbitaller üç boyutlu yüzeylerle gösterilirler. 109
2.11.2016 s orbitalleri 110
2.11.2016 p orbitalleri 111
2.11.2016 d orbitalleri 112
2.11.2016 Örnek kuantum modeli 113
2.11.2016 Orbitallerin enerji düzeylerinin sıralaması. Elektronlar orbitallere en düşük enerji düzeyinden başlayarak sırayla yerleşirler. Orbitaller 114 Enerji
2.11.2016 Orbitallerin enerji sıralaması 115
2.11.2016 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2… Elektronların orbitallere yerleşme sırası 116
2.11.2016 Atom numarası, kütle numarası, izotoplar Atom numarası herhangi bir elementin atom çekirdeğindeki proton sayısıdır, Z ile gösterilir. Kütle numarası herhangi bir elementin atom çekirdeğindeki proton sayıları ile nötron sayılarının toplamıdır, A ile gösterilir. Nötron sayısı = A – Z Atom numaraları (proton sayıları) aynı olan, kütle numaraları farklı olan atomlara izotop denir. Bir elementin farklı izotopları olabilir. Yani izotoplar aynı elementleri ifade ederler, fakat nötron sayılarının farklılığından dolayı izotop olan atomların kütleleri farklıdır. 117
2.11.2016 Atom numarası, kütle numarası, izotoplar Bir elementin atom ve kütle numaralarının yazılışı genelde şu şekildedir (farklı da olabilir): Örnek: HİDROJEN Örnek: DÖTORYUM TİRİTYUM 118
2.11.2016 Kuantum Sayıları 119 Baş kuantum sayısı (n): Enerji düzeylerini ve elektronun çekirdeğe olan ortalama uzaklığını gösterir. n = 1, 2, 3, 4, …… kadar pozitif tamsayılı değerler alır. 119
2.11.2016 Kuantum Sayıları 120 Açısal kuantum sayısı (l): Bu sayı, orbital türünü belirler. Alabildiği değerler; l = 0, 1, 2, 3, ….(n-1). n = 1 l = 0 haline karşılık gelen orbital s n = 2 l = 1 haline karşılık gelen orbital p n = 3 l = 2 haline karşılık gelen orbital d n = 4 l = 3 haline karşılık gelen orbital f 120
2.11.2016 Kuantum Sayıları 121 Magnetik kuantum sayısı (ml): Magnetik kuantum sayısı, orbitallerin sayısı ve uzaydaki yönelişlerini belirler. ml = -l, …., 0, …., +l Örneğin: l = 1 ise ml = -1, 0, +1 kadar değer alır. 121
2.11.2016 Kuantum Sayıları 122 Kuantum sayılarının takımı, orbitalleri nasıl etkiler? Her 3 kuantum sayısının bir setine, 1 orbital karşılık gelmektedir. Örneğin: n = 1 ise l = 0 ve ml = 0 1s orbitali 122
2.11.2016 Kuantum Sayıları 123 Soru: n = 2 ve n = 3 enerji düzeylerini, kuantum sayıları ve orbitaller açısından tanımlayınız. Soru: n = 4, l = 2 ve ml = 0 kuantum sayılarına karşılık gelen orbital hangisidir? 123
2.11.2016 Kuantum Sayıları 124 Baş kuantum sayısı n’ye kabuk, açısal kuantum sayısı l’ye ise alt kabuk da denir. Her bir kabukta (yani enerji düzeyinde) n2 tane orbital vardır. Her bir alt kabuk (2l + 1) tane orbital içerir. 124
2.11.2016 Atomik Orbitaller 125 Atomik orbitaller; s, p, d ve f notasyonları kullanılarak gösterilir. Bütün s-orbitalleri küresel yapılıdır. 125
2.11.2016 Atomik Orbitaller 126 p-Orbitalleri üç tane olup eş enerjilidir. Bu orbitaller; x, y ve z eksenleri üzerinde yer alıp, ikişer lob’a sahiptir. x-Ekseni üzerinde yer alan orbitale px, y-ekseni üzerinde bulunan orbitale py ve z-ekseni üzerinde bulunan orbitale ise pz orbitali denir. 126
2.11.2016 p-Atomik Orbitalleri 127 (a) px, (b) pz, (c) py 127
2.11.2016 d-Atomik Orbitalleri 128 d-Orbitalleri dörder lob’lu olup, eksenler üzerinde ve eksenler arası bölgelerde bulunurlar. dx2-y2 ve dz2 eksenler boyunca; dxy, dyz ve dzx orbitalleri ise eksenler arası bölgelerde yönlenirler. 128
2.11.2016 d-Atomik Orbitalleri d-Orbitalleri 129 129
2.11.2016 f-Atomik Orbitalleri 130 7 tane f-orbitali olup, bunlar altışar lob’lu dur. Dışardan herhangi bir magnetik etki olmadıkça, bütün f-orbitalleri eş enerjilidir. 130
2.11.2016 131 Spin Kuantum Sayısı (ms) Elektronun çekirdek çevresinde yaptığı hareketten başka, bir de kendi ekseni etrafında yaptığı dönme hareketi vardır. Kendi ekseni etrafındaki bu dönme hareketine, spin hareketi denir. Bu spin hareketi de kuantlaşmış olup, spin kuantum sayısı (ms) ile tanımlanmaktadır. 131
2.11.2016 Spin Kuantum sayısı (ms) 132 Spin hareketi, saatin dönme yönünde ve tersi yönünde olmak üzere iki türlüdür. Bu nedenle, spin kuantum sayısı ms = ± ½ şeklinde iki değer almaktadır. 132
2.11.2016 Orbitallerin enerji Sırası 133 Çok elektronlu atomlarda orbitallerin enerjisi, baş kuantum sayısı (n) ve açısal kuantum sayısı (l)’ye göre tespit edilir. Orbitallerin enerjisi (n + l) toplamına göre düzenlenir. (n + l) toplamı büyük olan orbitalin enerjisi büyük, küçük olanının enerjisi küçüktür. 133
2.11.2016 Orbitallerin enerji Sırası 134 (n + l) toplamı eşit olan atomik orbitallerin enerjisi, baş kuantum sayısı n’ye göre belirlenir. n’si küçük olan atomik orbitalin enerjisi küçük, n’si büyük olan orbitalin enerjisi büyüktür. 134
2.11.2016 135 Orbitallerin enerji Sırası l Orbital 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f n 1 2 2 3 3 3 4 4 4 4 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 n + l 1 2 3 3 4 5 4 5 6 7 135
2.11.2016 Orbitallerin enerji Sırası 136 Orbitallerin enerji sırasını bulmada kullanılan pratik bir yol çapraz tarama olarak bilinen yoldur. Bu yöntemde, sol üst orbitalden başlayıp hiçbir orbital atlamadan çapraz olarak tüm orbitaller taranır. 136
2.11.2016 Orbitallerin enerji Sırası 137 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p <6s < 4f< 5d < 6p < 7s < 5f< 6d < 7p 137
2.11.2016 Elementlerin Elektronik Yapıları 138 Bir atomda elektronların düzenlenme şekline atomun elektronik yapısı denir. Elektronlar, orbitalleri üç kurala uyarak doldururlar. Bunlar: Elektronlar, orbitalleri en az enerjili orbitalden başlayarak doldururlar. Düşük enerji seviyeli bir orbital tamamen dolmadan, bir üst seviyedeki orbitale elektron giremez (Aufbau İlkesi). 138
2.11.2016 Elementlerin Elektronik Yapıları 139 Bir orbitale en fazla ters spinli iki elektron girebilir (Pauli İlkesi). Atom içerisinde elektronların girebileceği aynı (eş) enerjili birden fazla boş orbital varsa, elektronlar bu orbitallere önce paralel spinlerle tek tek girerler. 139
2.11.2016 Elementlerin Elektronik Yapıları 140 Böylece, eş enerjili orbitallerin tamamı yarı dolmuş (yani tek elektronlu) duruma geldikten sonra, gelen elektronlar, zıt spinlerle bu yarı dolmuş orbitalleri doldururlar (Hund Kuralı) 140
2.11.2016 Elementlerin Elektron Konfigurasyonları (Dağılımları) 141 Atomik orbitaller, çoğu zaman bir kare, daire yada yatay bir çizgi ile gösterilirler. Elektronlar ise çift çengelli oklar ile temsil edilirler. 141
2.11.2016 Atom Z Temel hal elektron konfigürasyonu H He Li Be B C N Ne Na 1 1s1 2 1s2 3 1s2 2s1 4 1s2 2s2 5 1s2 2s2 2p1 6 1s2 2s2 2p2 7 1s2 2s2 2p3 O 8 1s2 2s2 2p4 F 142 9 1s2 2s2 2p5 10 1s2 2s2 2p6 11 1s2 2s2 2p6 3s1 142
2.11.2016 atom 5B 6C 7N 8O 9F 17Cl Bazı Elementlerin Orbital Diyagramları Orbital Diyagramı 1 1 1 1 1s2 1s2 2s2 2s2 2p5 2p6 3s2 3p5 143 143
2.11.2016 Aufbau İlkesinden Sapmalar 144 Çoğu element için Aufbau Yöntemine göre öngörülen elektron dağılımları deneysel olarak da doğrulanmıştır. Birkaç elementin elektron dağılımı, bazı ufak sapmalar gösterir. Bu değişiklikler, dolu ve yarı dolu orbitallerin kararlılığı ile açıklanır (küresel simetri). 144
2.11.2016 Aufbau İlkesinden Sapmalar 145 Atom Öngörülen Elektron Dağılımı 24Cr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 29Cu 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9 Deneysel Elektron Dağılımı 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 145
2.11.2016 146 Z 2 10 18 36 54 86 118 helyum neon argon kripton ksenon radon ununoktiyum Element 2 2, 8 2, 8, 8 2, 8, 18, 8 2, 8, 18, 18, 8 2, 8, 18, 32, 18, 8 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8 Elektron sayısı/kabuk 146
2.11.2016 147 Neonun, bütün soy gazla kabuğu tamamen doludu kabuğunda ise iki tane elektron vardır. 147
2.11.2016 Magnetik Özellikler 148 Atomlar, iyonlar ve moleküller; magnetik alanda farklı davranış gösterirler. Eşleşmemiş elektronlar içeren maddeler, paramağnetik özellik gösterirler. Paramağnetik maddeler, mağnetik alan tarafından kuvvetle çekilirler. Na atomu, hidrojen atomu veya oksijen molekülü (O2) paramanyetik özellik gösterir. 148
2.11.2016 Magnetik Özellikler 149 Bir maddenin bütün elektronları eşleşmişse, o madde diamagnetik özellik gösterir. Diamagnetik maddeler, magnetik alan tarafından zayıf bir kuvvetle itilirler. Mg ve Ca atomları, diamagnetik özellik gösterip, magnetik alan tarafından zayıf bir kuvvetle itilirler. 149
2.11.2016 Magnetik Özellikler 150 Bazı maddeler de magnetik alan tarafından kuvvetle itilirler. Bu tür maddelere, ferromagnetik maddeler denir. Fe, Co ve Ni, bu özelliğe sahip maddelere örnek teşkil eder. 150
2.11.2016 Elementlerin Elektron Konfigurasyonları 4f 5f 151 8.2 151 ns1 ns2 d1 d5 d10 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2np6
2.11.2016 Alkali metal Alkalin Lantanit Aktinit Geçiş metalleri Zayıf metaller Metaloid Ametal Halojen Soygaz Bilinmeyen 152
2.11.2016 Alkali metaller değerlik tabakalarında tek elektronu kolayca kaybederek +1 yüklü iyonlar oluştururlar; bu nedenle kuvvetli indirgendirler. Birkaç istisna dışında bileşikleri iyoniktir. Metalik özellikleri gereği parlaktırlar; fakat diğer metallerin aksine, bıçakla kesilebilecek kadar yumuşaktırlar. Aleve tutulduklarında çeşitli renkler oluştururlar; Li, Na ve K tuzu çözeltisine batırılmış bir platin tel, alevi sırasıyla kırmızı, sarı ve menekşe renge boyar. Isı ve elektriği çok iyi iletirler. Bulundukları periyotta iyonlaşma enerjileri en küçük, atom ve iyon çapları ise en büyük olan elementlerdir. 153
2.11.2016 Diğer metallerin aksine, yoğunlukları ve erime noktaları oldukça düşüktür. Lityum, sodyum ve potasyum yoğunlukları ilginç bir şekilde sudan daha küçüktür. Sezyumun erime noktası o kadar düşüktür ki sıcak günlerde sıvı halde bulunabilir. Her periyodun ilk elementi bulunur. Son yörüngelerinde 1 elektron vardır. Değerlik elektron sayıları 1'dir.1A grubundaki elementlerin elektron dağılımları S1 ile bittiğinden bu grup için periyodik tabloda (s) bloğu elementleri adı verilir. Alkali metaller su ile reaksiyona girip, hidrojen gazı verirler. Alkali metallerin su ile etkileşimi oldukça şiddetlidir.Reaksiyonun şiddeti yukarıdan aşağı inildikçe artar 154
2.11.2016 Lityum Li Atom numarası: 3 Atom ağırlığı: 6.941 Erime noktası: 453.69 Kaynama noktası: 1615 Elektronegat ifliği: 0.98 Sodyum Na Atom numarası: 11 Atom ağırlığı: 22.990 Erime noktası: 370.87 Kaynama noktası: 1156 Elektronegat ifliği: 0.96 Potasyum K Atom numarası: 19 Atom ağırlığı: 39.098 Erime noktası: 336.58 Kaynama noktası: 1032 Elektronegat ifliği: 0.82 Rubidyum Rb Atom numarası: 37 Atom ağırlığı: 85.468 Erime noktası: 312.46 Kaynama noktası: 961 Elektronegat ifliği: 0.82 Sezyum Cs Atom numarası: 55 Atom ağırlığı: 132.905 Erime noktası: 301.59 Kaynama noktası: 944 Elektronegat ifliği: 0.79 Fransiyum Fr Atom numarası: 87 Atom ağırlığı: (223) Erime noktası: ?29 5 Kaynama noktası: ?95 0 Elektronegat ifliği: 0.7 155
2.11.2016 Grup ve Peryot Bulunması 156 Atom numarası verilen elementin elektron dağılımı yapılır. Orbital katsayısı en yüksek olan sayı, elementin periyot numarasını verir. Son elektron s veya p orbitalinde bitmişse, element A grubundadır. s-Orbitali üzerindeki sayı doğrudan A grubunun numarasını verir. 156
2.11.2016 Grup ve Peryot Bulunması 157 Elementin elektron dağılımı p orbiatli ile bitmişse, p’nin üzerindeki sayıya 2 ilave edilerek grup numarası bulunur. Örnekler: 11Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 3. Peryot, 1A Grubu 17Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 3. Peryot, 7A Grubu 157
2.11.2016 Grup ve Peryot Bulunması 158 En son elektron d orbitalinde bitmişse, element B grubundadır. 158
2.11.2016 Grup ve Peryot Bulunması 159 Örnek: 25Mn: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 4. Periyot, 7B Grubu Elektron dağılımı yapılan elementin en son elektronu 4f orbitalinde bitmişse Lantanitler, 5f de bitmişse Aktinitler serisinin bir üyesidir. 159
2.11.2016 Elementlerin Elektron Konfigurasyonları 4f 5f 160 8.2 160 ns1 ns2 d1 d5 d10 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2np6
2.11.2016 Periyodik Tablo (Çizelge) 161 Periyodik tablonun temel özelliği, elementleri artan atom numaralarına göre yan yana ve benzer özelliklerine göre de alt alta toplamasıdır. Periyodik tabloda yatay sütunlara peryot, dikey sütunlara da grup denir. Perydik tablo, 8 tane A ve 8 tane de B grubundan oluşmaktadır. 161
2.11.2016 Periyodik Tablo 162 Periyodik tabloda grup sayısı artmaz ama sonsuz sayıda peryot olabilir. Her peryot s ile başlar, p ile biter. Birinci peryot 2 (H ve He), ikinci ve üçüncü peryotlar 8, dördüncü ve beşinci peryotlar 18 element bulundururlar. 162
2.11.2016 Baş grup elementleri s-bloku 163 1 2 3 4 5 6 7 Geçiş elementleri d-bloku p-bloku f-bloku İçgeçiş elementleri 163
2.11.2016 Periyodik Tablo 164 Periyodik tabloda, bazı elementlerin özel adları vardır. 1A grubu elementlerine alkali metaller, 2A grubu elementlerine toprak alkali metaller, 7A grubu elementlerine halojenler ve 8A grubu elementlerine de soygazlar denir. 164
2.11.2016 Periyodik Tablo Alkali Metaller Lityum Sodyum Potasyum K Rubityum Rb Sezyum Fransiyum Fr Li Na Cs Toprak Alkali Metaller Berilyum Kalsiyum Stronsiyum Baryum Radyum Be Magnezyum Mg Ca Sr Ba Ra 165 165
2.11.2016 Periyodik Tablo Halojenler Flor Klor Brom İyot F Cl Br I Astatin At Soygazlar Helyum He Neon Ne Argon Ar Kripton Kr Ksenon Xe Radon Rn 166 166
2.11.2016 Periyodik Tablo 167 Elementler, fiziksel özelliklerine göre metaller ve ametaller olmak üzere iki şekilde sınıflandırılır. Elementlerin çoğu metaldir ve metaller; Elektrik ve ısıyı iyi iletirler, Cıva hariç oda sıcaklığında katıdırlar ve taze kesilmiş yüzeyleri parlaktır, Dövülerek levha haline gelebilirler, 167
2.11.2016 Periyodik Tablo 168 Çekilerek tel haline gelebilirler, Yüksek erime ve kaynama noktalarına sahiptirler, Bileşiklerinde daima pozitif (+) yükseltgenme basamaklarına sahiptirler, gibi özellikleri vardır. 168
2.11.2016 Periyodik Tablo 169 Periyodik tablonun sağ üst tarafında bulunan çok az element, metallerden farklı özelliklere sahiptir ve bunlara ametaller denir. Azot, oksijen, klor ve neon gibi bazı ametaller oda sıcaklığında gazdır. Brom sıvıdır. Karbon, fosfor ve kükürt gibi bazı ametaller katı olup kırılgandırlar. 169
2.11.2016 Periyodik Tablo 170 Metallerle ametaller arasında bulunan bazı elementler, hem metalik hem de ametalik özellikler gösterir ve bunlara yarımetaller veya metaloidler denir. 170
2.11.2016 Periyodik Tablo 171 Bor Yarımetaller (Metaloidler) B Silisyum Germanyum Arsenik Antimon Tellur Astatin Sb Te At Si Ge As 171
2.11.2016 172 Atomlar ve İyonların Büyüklüğü Atom yarıçapları Atomlar, küresel yapılı tanecikler olarak kabul edilir. Atom yarıçapı, çekirdeğin merkezi ile en dış kabukta bulunan elektronlar arasındaki uzaklık olarak tanımlanır. Atomlar tek tek izole edilemediğinden, yarıçaplarının doğrudan ölçülmesi zordur. 172
2.11.2016 173 Atomlar ve İyonların Büyüklüğü Atom yarıçapları, daha çok dolaylı yollardan bulunur. Örneğin, birbirine kovalent bağla bağlı iki atomun çekirdekleri arasındaki uzaklık (bağ uzunluğu) deneysel olarak ölçülebilir. Bu değerin uygun şekilde ikiye bölünmesi ile, atom yarıçapı bulunur. Bu şekilde bulunan yarıçapa “Kovalent yarıçap” denir. 173
2.11.2016 Atomlar ve İyonların Büyüklüğü 174 Metaller için “Metalik yarıçap”, kristal hallerdeki katı metalde yan yana bulunan iki atomun çekirdekleri arasındaki uzaklığın yarısı olarak belirlenir. Atom yarıçapları, daha çok pikometre (pm) cinsinden verilir. 1 pm = 10-12 m 174
2.11.2016 Atomlar ve İyonların Büyüklüğü 175 Kovalent Yarıçap (pm) Sodyum (Na) Klor (Cl) 157 99 Metalik Yarıçap (pm) 186 - İyonik Yarıçap (pm) 95 181 175
2.11.2016 Atomlar ve İyonların Büyüklüğü 176 Periyodik çizelgede bir periyot boyunca soldan sağa doğru gidildiğinde, genel olarak atom yarıçapları küçülür. Bir grup boyunca yukardan aşağıya doğru inildiğinde ise, genel olarak atom yarıçaplarında artış olur. 176
2.11.2016 177 8.3 177
2.11.2016 Atom yarıçaplarının atom numaralarına göre değişimi 178 8.3 178
2.11.2016 Atomlar ve İyonların Büyüklüğü 179 İyon yarıçapları, iyonik bağla bağlanmış iyonların çekirdekleri arasındaki uzaklık deneysel olarak ölçülüp, katyon ve anyon arasında uygun bir şekilde bölüştürülmesi ile bulunur. Her hangi bir atomdan türetilen pozitif iyon, daima o atomdan daha küçüktür. 179
2.11.2016 Atomlar ve İyonların Büyüklüğü 180 Bir atomun +2 yüklü iyonu +3 yüklü iyonundan daha büyüktür. Örneğin; Fe Fe+2 Fe+3 117 pm 75 pm 60 pm 180
2.11.2016 Atomlar ve İyonların Büyüklüğü 181 Buna karşılık, negatif bir iyonun yarıçapı daima türediği atomunkinden daha büyüktür. Örneğin; Cl Cl99 pm 181 pm 181
2.11.2016 Katyon türediği nötr atomdan daima daha küçüktür Anyon türediği nötr atomdan daima daha büyüktür 182 8.3 182
2.11.2016 Atomlar ve İyonların Büyüklüğü 183 Soru: Periyodik çizelgeden yararlanarak, parantez içerisinde verilen atom ve iyonları büyüklüklerine göre sıralayınız (Ar, K+, Cl-, S2-, Ca2+) 183
2.11.2016 İyonlaşma Enerjisi 184 Gaz halindeki izole bir atomdan, bir elektron uzaklaştırarak yine gaz halinde izole bir iyon oluşturmak için gerekli olan minimum enerjiye “iyonlaşma enerjisi” denir. 184
2.11.2016 İyonlaşma Enerjisi 185 İyonlaşma enerjisi, tanımından da anlaşılacağı gibi, bir atomdaki elektronların çekirdek tarafından ne kadar bir kuvvetle çekildiğinin bir ölçüsüdür. Aynı zamanda iyonlaşma enerjisi, elektronları çekirdeğe bağlayan kuvveti yenmek için gerekli olup, bir atomun elektronik yapısının ne kadar kararlı olduğunun da bir ölçüsüdür. 185
2.11.2016 İyonlaşma Enerjisi 186 Bir elektronu uzaklaştırılmış bir iyondan, ikinci bir elektronu uzaklaştırmak için gerekli olan enerjiye de “ikinci iyonlaşma enerjisi” denir. Aynı şekilde, üçüncü, dördüncü ve daha büyük iyonlaşma enerjileri de tanımlanır. Bir sonraki iyonlaşma enerjisi, daima bir önceki iyonlaşma enerjisinden daha büyüktür. 186
2.11.2016 İyonlaşma Enerjisi 187 A (g) A+ (g) A2+ (g) A+ (g) + eA2+ A3+ (g) + e(g) + eIE1 (birinci iyonlaşma enerjisi) IE2 (ikinci iyonlaşma enerjisi) IE3 (üçüncü iyonlaşma enerjisi) IE1 < IE2 < IE3 < ….< IEn 187
2.11.2016 İyonlaşma Enerjisi 188 Periyodik çizelgede bir grup boyunca, yukardan aşağıya inildikçe elementlerin birinci iyonlaşma enerjileri genel olarak azalır. Element Li Atom yarıçapı(pm) 152 Na K Rb Cs 186 227 248 265 IE1(kj/mol) 520,2 495,8 418,8 403,0 375,7 188
2.11.2016 İyonlaşma Enerjisi 189 Periyodik çizelgede bir periyot boyunca, soldan sağa doğru gidildiğinde elementlerin birinci iyonlaşma enerjileri genel olarak artar. Metal atomları, ametal atomlarına kıyasla, daha düşük iyonlaşma enerjisine sahiptirler. 189
2.11.2016 Birinci İyonlaşma Enerjisi İçin Genel Eğilim Birinci İ.E. Artar 190 8.4 190 Birinci İ.E. Artar
2.11.2016 1. Peryot 2. Peryot 3. Peryot 4. Peryot 5. Peryot 191 8.4 191
2.11.2016 3. Periyot Elementlerinin İyonlaşma Enerjileri (kj/mol) Na Mg Al IE1 IE2 IE3 IE4 IE5 IE6 IE7 192 Si P S Cl 2297 Ar 495,8 737,7 577,6 786,5 1012 999,6 1251,1 1520,5 4562 1451 1817 1577 1903 2251 7733 2745 3232 2912 3361 11580 4356 4957 4564 16090 6274 7013 21270 8496 3822 5158 6542 9362 2666 3931 5771 7238 8781 27110 11020 12000 192
2.11.2016 Elektron İlgisi 193 İyonlaşma enerjisi elektron kaybı ile ilgilidir. Elektron ilgisi (EI) iyonlaşma enerjisinin tersi olup, gaz halindeki nötr bir atoma elektron katılarak yine gaz halindeki negatif bir iyon oluşturma işlemidir. 193
2.11.2016 Elektron İlgisi 194 Bu tür işlemlerde her zaman olmamakla beraber, enerji açığa çıkar. Bu nedenle, birinci elektron ilgilerinin (EI1) büyük bir çoğunluğu, negatif işaretlidir. 194
2.11.2016 Elektron İlgisi 195 Kararlı elektronik yapıya sahip olan elementlerin, bir elektron kazanması enerji gerektirir. Yani olay endotermiktir ve elektron ilgisi pozitif işaretlidir. 195
2.11.2016 Elektron İlgisi 196 Genel olarak, Periyodik çizelgede bir periyot boyunca soldan sağa gidildiğinde elektron ilgisi artar. Bir grupta yukarıdan aşağıya doğru inildiğinde ise elektron ilgisi azalır. Ametaller, metallere kıyasla daha yüksek elektron ilgisine sahiptirler. 196
2.11.2016 Elektron İlgisi 197 Bazı elementlerin birinci elektron İlgileri (EI1) (kj/mol) 197
2.11.2016 Elektron İlgisi 198 Bazı elementler için ikinci elektron ilgisi (EI2) değerleri de tayin edilmiştir. Negatif bir iyon ile bir elektron birbirlerini iteceklerinden, negatif bir iyona bir elektron katılması enerji gerektirir. Bu nedenle, bütün ikinci elektron ilgisi (EI2) değerleri, pozitif işaretlidir. 198
2.11.2016 Elektron İlgisi 199 199
2.11.2016 Elektron İlgisi 200 Elektronegatiflik, kimyada bağ yapımında kullanılan elektronların bağı oluşturan atomlar tarafından çekilme gücüdür. Klor gibi dış enerji seviyeleri hemen hemen tamamen doldurulmuş atomlar güçlü elektronegatiftirler ve kolaylıkla elektron alırlar. Buna karşın sodyum gibi dış seviyeleri hemen hemen boş olan atomlar kolaylıkla elektronlarını verirler ve güçlü elektropozitiftirler. Örnek: 1s2 2s2 2p6 [3s1] Yüksek atom numaralı elementler de düşük bir elektronegatifliğe sahiptir. Çünkü dış elektronlar pozitif çekirdeklerden oldukça uzaktadır, elektronlar atomlara kuvvetlice çekilmezler. Ayrıca elektronegatiflik periyodik tabloda soldan sağa doğru gidildikçe artar, yukarıdan aşağıya gidildikçe ise azalır. 200
2.11.2016 Elektron İlgisi 201 "Elektronegatiflik, bir bağı oluşturan atomların her birinin; Bağ elektronlarını çekebilme gücünü ifade eder. Tek başına atomun elektron alma eğilimi elektronegatiflik değil, elektron ilgisidir. Elektron ilgisi, nötr 1 mol atomun, 1 mol elektron aldığında açığa çıkan enerjidir ve ölçülebilir bir enerji formudur.Elektronegatiflik ise, elektronları çekme gücü en fazla olan Flor atomu baz alınarak, atomların birbirlerine göre güçlerini ifade eder. Doğrudan ölçülebilir bir büyüklüktür. 201
2.11.2016 Özellik[11][24] Helyum Yoğunluk (g/dm³) Kaynama noktası (K) Erime noktası (K) 0.1786 4.4 0.95[25] 0.9002 27.3 24.7 Neon 1.7818 87.4 83.6 Argon 3.708 121.5 115.8 Kripton 5.851 166.6 161.7 Ksenon 9.97 211.5 202.2 Radon Buharlaşma entalpisi (kJ/mol) 0.08 1.74 6.52 9.05 12.65 18.1 20 °C (cm3/kg) sudaki çözünürlüğü 8.61 10.5 33.6 59.4 108.1 230 Atom numarası Atom yarıçapı (hesaplanan) (pm) İyonlaşma enerjisi (kJ/mol) Allen elektronegatifliği[26] 2 10 18 36 54 86 31 38 71 88 108 120 2372 2080 1520 1351 1170 1037 4.16 4.79 3.24 2.97 2.58 2.60 202
2.11.2016 203
2.11.2016 204
2.11.2016 205
2.11.2016 206
2.11.2016 207
2.11.2016 208
2.11.2016 209
2.11.2016 210
2.11.2016 211
2.11.2016 212
2.11.2016 213
2.11.2016 KIMYASAL TEPKIMELER 214
2.11.2016 İçindekiler Kimyasal Tepkimeler ve Kimyasal Eşitlikler Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri Çözeltide Kimyasal Tepkimeler Sınırlayıcı Bileşenin Belirlenmesi Tepkime Stokiyometrisinde Diğer Konular 215
2.11.2016 Kimyasal Tepkimeler ve Kimyasal Eşitlikler Kimyasal tepkime, bir ya da bir kaç maddenin (tepkenler) yeni bir bileşik grubuna (ürünlere) dönüştürülmesi işlemidir. Diğer bir deyişle, kimyasal tepkime, kimyasal değişmenin meydana geldiği bir işlemdir. Bir tepkime olduğunu söyleyebilmek için bazı kanıtlara ihtiyaç vardır. Bunlar, Renk değişimi Çökelek oluşumu Gaz çıkışı Isı verilmesi veya soğurulması gibi olaylardır. 216
2.11.2016 Kimyasal Reaksiyon Elementlerin ve bileşiklerin yazılması için simgeler kullanılır. Bu simgeler bir kimyasal tepkime denkleminin kısaca yazılması için yardımcı olur. Tepkime denkleminde tepkenlerin formülleri sol tarafa, ürünlerin formülleri sağ tarafa yazılır: Denklemin iki tarafı bir () ya da eşit (=) işareti ile birleştirilir. Böylece, tepkenlerin ürünlere dönüştüğü ifade edilmiş olur. Azot monoksit + Oksijen → Azot dioksit 1. Adları, kimyasal formüller ile değiştirirseniz, aşağıdaki ifadeyi elde edersiniz. NO + O2 NO2 2. Kimyasal eşitliği elde etmek için atom sayılarını eşitleyiniz. 2 NO + O2 → NO2 1 2 217
2.11.2016 Moleküllerin Gösterilişi 218
2.11.2016 Denklem Denkleştirme Asla denklem dışı formüller ilave edilmemelidir. (yanlış) NO + O2 → NO2 + O • Denklemi denkleştirmek amacıyla formüller değiştirilmemelidir. (yanlış) NO + O2 → NO3 219
2.11.2016 220
2.11.2016 Denklem Denkleştirme Stratejisi Denklemin her iki tarafında birer bileşikte aynı element mevcutsa, önce onu denkleştiriniz. Giren madde veya oluşan ürünlerden biri serbest element olarak bulunuyorsa, onu en son denkleştiriniz. Bazı tepkimelerde, belirli atom grupları (örneğin, çok atomlu iyonlar) değişmeden kalır. Böyle durumlarda bu grupları değiştirmeden denkleştirebilirsiniz. Katsayılar tamsayı ya da kesirli sayı olabilir. Bir denklem bir ya da daha çok kesirli tamsayı ile denkleştirilebilir. Bu durumda, tüm katsayıları uygun bir çarpanla çarparak kesirli sayılardan kurtarabilirsiniz. 221
2.11.2016 Örnek 2 Bir Eşitliğin Yazılıp Denkleştirilmesi: Karbon-Hidrojen-Oksijen İçeren Bir Bileşiğin Yanması Sıvı trietilen glikol, C6H14O4, vinil ve poliüretan plastikleri için çözücü olarak kullanılır. Bu bileşiğin tam yanmasına ait denklemi yazıp denkleştiriniz. 222
2.11.2016 Örnek 4-2 Kimyasal Denklem: C6H14O4 + 1. C eşitliği. 2. H eşitliği. 3. O eşitliği. 15 2 O2 → CO2 + H2O 6 6 7 2 C6H14O4 + 15 O2 → 12 CO2 + 14 H2O 4. 2 ile çarpım Tüm elementlerin kontrolü. 223
2.11.2016 2 Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri Yunancada stoicheion sözcüğü element anlamına gelir. Anlam olarak stokiyometri element ölçüsü demektir. Formüller ve kimyasal denklemlerle ilgili tüm sayısal ilişkileri içerir. • Stokiyometrik faktör, mol esasına göre, tepkimeye katılan herhangi iki maddenin miktarları ile ilgilidir. 224
2.11.2016 Örnek 4-3 Tepken ve Ürünlerin Mol Sayıları Arasındaki İlişki 2,72 mol H2 aşırı O2 içinde yakıldığında kaç mol H2O oluşur? Kimyasal Denklem: Kimyasal Denklemi Denkleştirin: 2 H2 + O2 → 2 H2O Denklemdeki stokiyometrik faktörü veya mol oranını kullanın: nH2O = 2,72 mol H2 × 2 mol H2O 2 mol H2 = 2,72 mol H2O 225
2.11.2016 Örnek 4-6 Stokiyometrik Hesaplamada Hacim, Yoğunluk ve Yüzde Bileşim gibi İlave Ölçüm Faktörlerinin Kullanılması Uçak yapımında kullanılan bir alaşım kütlece % 93,7 Al ve %6,3 Cu içeriyor. Bu alaşımın yoğunluğu 2,85 g/cm3’tür. 0,691 cm3 alaşım parçası aşırı miktarda HCl(aq) ile tepkimeye giriyor. Eğer, Cu’nun tepkimeye girmediği, aluminyumun tamamının HCl(aq) ile tepkimeye girdiği varsayılırsa, elde edilen H2(g)’nin kütlesi ne olur, hesaplayınız. 226
2.11.2016 Örnek 6 227
2.11.2016 Örnek 6 2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2 Çözüm stratejisi: cm3 alaşım → g alaşım → g Al → mol Al → mol H2 → g H2 5 çevirme faktörüne ihtiyaç var! Denklemi yazın ve mH2 = 0,691 cm3 alaşım × 1 mol Al × 26,98 g Al hesaplayın: 2,85 g alaşım 1 cm3 3 mol H2 2 mol Al × × 97,3 g Al 100 g alaşım 2,016 g H2 1 mol H2 = 0,207 g H2 228
2.11.2016 Çözeltide Kimyasal Tepkimeler Genel kimya laboratuarlarındaki kimyasal tepkimelerin pek çoğu çözeltilerde gerçekleştirilir. Bunun bir nedeni, çözelti içinde, tepkenlerin karıştırılarak, atomlar, iyonlar ve moleküller arasında tepkime için gerekli olan yakın temasın sağlanabilmesidir. Çözücü: Çözelti bileşenlerinden biri olan çözücü, çözeltinin katı, sıvı ya da gaz halinde olup olmadığını belirler. Çözücünün sıvı su olduğu çözeltilere sulu çözeltiler denir. Çözünen: Çözeltinin diğer bileşenleri, çözücü içinde çözünmüş olan maddelerdir ve çözünenler adını alırlar. Sıvı su içinde NaCl çözüldüğünde oluşan çözelti NaCl(aq) şeklinde gösterilir ve burada su çözücü, NaCl çözünendir. 229
2.11.2016 230
2.11.2016 231
2.11.2016 Molarite Molarite (M) = Çözeltinin hacmi (L) Çözünenin mol sayısı 232
2.11.2016 Çözeltinin Hazırlanması • Katı örneği tartın. • Yeterli miktarda çözücü ile balon jojede onu çözün. • Balon jojenin çizgisine kadar çözücüyü dikkatlice ilave edin. 233
2.11.2016 Örnek 4-9 Molaritesi Bilinen Bir Çözeltide Çözünen Kütlesinin Hesaplanması Tam 0,2500 L (250 mL) ve 0,250 M sulu K2CrO4 çözeltisi hazırlanmak isteniyor. Gerekli K2CrO4 kütlesi nedir? Çözüm stratejisi: Hacim → mol → kütle 2 çevirme faktörüne ihtiyaç var! Denklemi yazın ve hesaplayın: mK2CrO4 = 0,2500 L × 0,250 mol 1,00 L × 194,02 g 1,00 mol = 12,1 g 234
2.11.2016 Çözeltinin Seyreltilmesi Mi × Vi Ms × Vs M = M = n V n V Mi × Vi = ni== ns = Ms × Vs = ns = Ms × Vs Ms = Mi × Vi Vs = Mi Vi Vs 235
2.11.2016 Örnek 4-10 Seyreltme ile Çözelti Hazırlanması Analitik kimyada özel bir deney için 0,0100 M K2CrO4 çözeltisine gereksinim duyuluyor. 0,250 L, 0,0100 M K2CrO4 çözeltisi hazırlamak için 0,250 M K2CrO4 çözeltisinden ne kadar almak gerekir? Çözüm stratejisi: Hesaplama: VK2CrO4 = 0,2500 L × Ms = Mi Vi Vs Vi = Vs Ms Mi 0,0100 mol 1,00 L × 1,000 L 0,250 mol = 0,0100 L 236
2.11.2016 4-4 Sınırlayıcı Bileşenin Belirlenmesi Çöktürme tepkimeleri gibi birçok tepkimelerde, bir kısım tepkenlerin aşırısı kullanılarak, bir tepken tamamen ürünlere dönüştürülebilir. Tamamen tükenen maddeye sınırlayıcı bileşen denir ve bu bileşen, oluşan ürünlerin miktarlarını belirler. 237
2.11.2016 Örnek 4-12 Bir Tepkimede Sınırlayıcı Bileşenin Bulunması Fosfor triklorür, PCl3, benzin katkı maddesi, pestisit (böcek öldürücü) ve daha bir çok ürünün eldesinde kullanılan ticari bir bileşiktir. Fosfor ve klorun doğrudan doğruya birleşmesinden oluşur. P4 (k) + 6 Cl2 (g) → 4 PCl3 (s) 323 g Cl2(g) ve 125 g P4(k)’un tepkimesinden kaç gram PCl3(s) oluşur? Strateji: Tepkenlerin başlangıç mol oranları ile birleşme mol oranlarını karşılaştırın. 238
2.11.2016 Örnek 4-12 nCl2 = 323 g Cl2 nP4 = 125 g P4 × × 1 mol Cl2 70,91 g Cl2 1 mol P4 123,9 g P4 = n n P4 Cl2 gerçek teorik = 4,55 mol Cl2/mol P4 = 6,00 mol Cl2/mol P4 Klor gazı sınırlayıcı reaktiftir = 4,56 mol Cl2 = 1,01 mol P4 239
2.11.2016 240
2.11.2016 Tepkime Stokiyometrisinde Diğer Konular Kimyasal tepkimenin hesaplanan sonucu tam gözlenene uygun olmayabilir. Bir tepkimede elde edilen ürün miktarı, kaçınılmaz olarak beklenenden az olabilir. Yine, gereksinim duyulan kimyasal bileşiğin üretim yöntemi, tek bir basamaktan çok, bir kaç basamaklı bir tepkime dizisini içerebilir. 241
2.11.2016 Teorik, Gerçek ve Yüzde Verim Bir kimyasal tepkimede oluşan ürünün hesaplanan miktarı, tepkimenin teorik verimi olarak adlandırılır. Gerçekten oluşan ürünün miktarına ise gerçek verim adı verilir. Yüzde verim ise aşağıdaki formülle bulunur. Yüzde Verim = Gerçek Verim Teorik Verim × 100 242
2.11.2016 243
2.11.2016 244
2.11.2016 Nicel ve Yan Tepkimeler, Yan Ürünler Nicel Tepkimeler: Pek çok tepkimede gerçek verim hemen hemen teorik verime eşit olur ve böyle tepkimelere nicel tepkimeler denir. Yan Tepkimeler: Çoğu zaman, tepkimeye giren maddeler, beklenenden başka tepkimeler de verebilir. Bu tepkimelere yan tepkimeler, oluşan ürünlere de yan ürünler denir. 245
2.11.2016 Ardışık Tepkimeler ve Eşzamanlı Tepkimeler Ardışık Tepkimeler: Bir ürünü elde etmek için art arda gerçekleştirilmesi gereken tepkimeler dizisine ardışık tepkimeler denir. Eşzamanlı Tepkimeler: İki ya da daha fazla madde bağımsız olarak, birbiri ile aynı zamanda ayrı tepkimeler oluşturuyorsa, bu tepkimelere eşzamanlı tepkimeler denir. 246
2.11.2016 Net Tepkimeler ve Ara Ürün Net Tepkimeler: Genellikle, art arda oluşan kimyasal tepkimeleri birleştirebilir ve tepkime dizisinin türünü simgeleyen bir tek kimyasal eşitlik elde edebiliriz. Bu birleştirilmiş tepkimeye net tepkime ve bu net tepkimenin eşitliğine net eşitlik denir. Ara Ürün: Çok basamaklı bir tepkimenin bir basamağında üretilip diğer basamağında tüketilen herhangi bir bileşiğe ara ürün adı verilir. 247
2.11.2016 Ödev 248 2. Metil alkol, CH3OH, aşağıdaki reaksiyonla elde edilir. CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(s) 1.20 g H2(g) ve 7.45 g CO(g) karışımı reaksiyona sokuluyor. (a) Hangi tepken sınırlayıcı tepkendir? (b) CH3OH nun (gram cinsinden) teorik verimi nedir? (c) Aşırı miktarda kullanılan tepkenden ne kadar artar? (d) Gerçek verimin 7.52 g CH3OH olduğunu varsayalım. % Verim nedir? 248
2.11.2016 Ödev-2 249 1. Amonyak aşağıdaki tepkimeye göre üretilir. 3 H2(g) + N2(g) -> 2 NH3(g) (a) Eğer aşırı miktarda N2(g) kullanılıyorsa ve 55.6 g H2(g) tepkimeye giriyorsa, teorik NH3(g) verimi nedir? (b) Gerçek NH3(g) verimi 159 g ise tepkimenin yüzde verimi nedir? 249
2.11.2016 KIMYASAL BAĞLAR 250
2.11.2016 Kimyasal Bağ Atomları bir arada tutan kuvvetlere kimyasal bağ denir İyonik bağ Kovalent bağ Polar Kovalent bağ Apolar Kovalent bağ Metalik bağ 251
2.11.2016 Değerlik elektron sayısı ve Lewis Yapısı Bir atomun son katmanındaki toplam elektron sayısına değerlik elektron sayısı denir. Değrlik elektronların atomların etrafında noktalar şeklinde gösterilmesine de LEWİS yapısı diyoruz. Aşağıdaki tabloda A grupları elementlerinin lewis yapıları gösterilmiştir. (İnceleyiniz?) (:) çiftleşmiş elektronu, (.)çiftleşmemiş elektronu göstermektedir. 252
2.11.2016 Lewis bağ teorisi Kimyasal bağlanma için atomun valens (dış yörünge) elektronları önemlidir. Atomlar arası e- transferi sonucu iyonik bağ oluşur e- ların ortaklaşa kullanımı soncu kovalent bağ oluşur. Atomlar soy gazların elektron dizilişine sahip olma eğilimindedirler (oktet kuralı) 253
2.11.2016 Lewis Yapısı Yazma İskelet yapı molekülde atomların birbirlerine nasıl bağlandıklarını gösterir. Genelde 1 merkez atom ve ona bağlanan çevre atomlar vardır. Merkez atom genelde en düşük elelktronegativiteye sahip olan diğer atomların kendisi ile bağ yaptıkları atomdur. Çevre atom diğer atomlara bağlanan atomdur. H genelde çevre atomdur 254
2.11.2016 Lewis Yapısı Yazma İlk olarak molekülü oluşturan atomların toplam valens elektronları hesaplanır. Tahmini bir iskelet yapı çizilir merkez atomla çevre atomlar arasına tekli bağ çizilir. Çevre atomların etrafına oktet kuralına uygun olarak elektronlar yerleştirilir. Toplam valens elektron sayısından fazla kalan elektronlar ile merkez atomun okteti tamalanır. Eğer merkez atomun oktetini tamamlayacak kadar elektron artmaz ise, merkez atomla çevre atomlar arası çoklu bağ eklenir. Karbon, Azot, Oksijen ve Kükürt atomları çoklu bağ yapma eğilimindedir. 255
2.11.2016 Lewis sembolleri : (elektron nokta gösterimi) atomların valens elektronlarının basit olarak gösterimidir. • • N •• • • Al • • • P •• • •• • Ne 3s2 3p1 valens (dış yörünge) elektronları: atomun son yörüngesindeki elektronlardır. • Se • • • Si • • • As •• • I • •• •• • • Sb •• • • • Bi •• • •• •• Ar • [Kr] 4d10 5s2 5p3 Antimon • 256 •• •• ••
2.11.2016 İyonlarda Bileşik Oluşumu ÖRNEK: Mg Cl2 bileşiğinin oluşumu: 12Mg: 2)8)2 ve Magnezyum 2 elektron vererek Mg+2 iyonunu oluşturur. 17Cl: 2)8)7 ve Klor 1 elektron alarak Cliyonunu oluşturur. Görüldüğü gibi bir Mg atomunun verdiği 2 elektronu, 2 Cl atomu alabildiğinden MgCl2 bileşiği oluşmuş olur. ÖRNEK: MgO bileşiğinin oluşumu: 12Mg: 2)8)2 ve Magnezyum 2 elektron vererek Mg+2 iyonunu oluşturur. 8O: 2)6 ve Oksijen 2 elektron alarak O-2- iyonunu oluşturur. Görüldüğü gibi bir Mg atomunun verdiği 2 elektronu, 1 tane O’atomu alabildiğinden MgO bileşiği oluşmuş olur. 257
2.11.2016 •• MgCl2 Mg • • Cl •• • •• • Cl •• Mg 2+ 2 Cl •• •• - 258 •• •• •• ••
2.11.2016 İyonlarda Bileşik Oluşumu (Çaparazlama Kuralı) Kat yon ve anyonların yükseltgenme basamakları bulunur. Katyonun değerliğinin anyonun altına yazılması ve anyonun değerliğinin katyonun altına yazılması ve en sade biçimde sadeleştirilmesiyle oluşacak bileşiğin formülü bulunmuş olur. Bu olaya “Çarprazlanma Kuralı” diyoruz. Çaprazlama yapılırken + ve – dikkate alınmaz. NOT: Genellikle önce pozitif yüklü yazılır iyon 259
2.11.2016 İyonik Bileşiklerde Örgü Yapısı: İyonik kristaller İyonik bileşikler denildiğinde, iyonların oluşturduğu bileşikler akla gelmektedir. Ancak NaCl bileşiği tabiatta NaCl şeklinde bulunmaz. Na ve Cl iyonları belli sayıda bir araya gelerek bir “kristal örgü” yapısı oluştururlar. Krıstal Örgüde; genellikle anyonların hacmi daha büyük olduğundan, anyonların aralarına katyonlar girerek belli geometrik yapıda kristal örgü oluşur. ÖRNEK: NaCl de Na+ iyonları 6 adet Cl- iyonu tarafından sarılmıştır. Her Cl- iyonu da 6 adet Na+ iyonu tarafından sıkıca çekilerek “Birim Hücre” dediğimiz iyonik kristaller oluşur. Na6Cl6 şeklindeki bu kristalin formülü sadeleştirilerek NaCl şeklinde ifade edilir. 260
2.11.2016 İyonik Bileşiklerde Örgü Yapısı: İyonik kristaller CsCl de ise, Cl- iyonları Basit Kübik birim hücrelerin köşelerinde, Cs+ iyonu ise bu kübün merkezinde bulunmaktadır. Her katyon 8 anyon tarafından sarılmaktadır. Cs8Cl8 şeklindeki bu bileşiği sadeleştirerek, CsCl şeklinde förmülüze ederiz. CsCl: sezyum klorür 261
2.11.2016 İyonik Bileşiklerde Örgü Yapısı: İyonik kristallerin suda çözünmesi İyonik Bileşiklerin Özellikleri: •İyonik bağlı bileşikler oda şartlarında katı halde bulunurlar. •İyonik bileşiklerde katyon ve anyonlar, diğer katyon ve anyonlar tarafından sıkıca çekildikleri ve istiflendikleri için elektrik akımını iletmezler. Ancak kristal bozuklukları olan iyonik bileşikler elektrik akımını iletirler. •İyonik yapılı maddeler suda genellikle iyi çözünürler. • İyonik yapılı maddelerin sulu çözeltileri ve eriyikleri yukarıdaki sebeplerden dolayı iletkendir. Örnek: İyonik yapılı maddelerin suda çözünme denklemleri NaCl(katı) → Na+ (suda)+ ClCa3(PO4)2 → 3Ca+3 (suda)+ 2PO4 (suda) (Suda=aq) -2 (suda) 262
2.11.2016 Kovalentbağ ve ve kovalent Bileşiklerin Oluşumu A metallerin oksijen elektronlarını ortaklaşa kullanarak oluşturdukları bağa kovalent bağ denir. Şekilde atomunun Lewis yapısı gösterilmektedir. Tek noktayla gösterilen elektronlar, çiftleşmemiş elektronları, iki noktayla gösterilen elektronlara da çiftleşmiş elektronlar denir. Çiftleşmeemiş elektronlara “bağlayıcı” elektronlar denir. Kovalent bağlar bu bağlayıcı elektronların girişimiyle oluşur. Kısaca; bir atomun yapabileceği maksimum bağ sayısı eşlenmemiş elektron sayısı kadardır. Bu açıdan bakıldığında; 1A: 1 kovalent bağ, 2A:2 kovalent bağ, 3A: 3kovalent bağ, 4A: 4kovalent bağ, 5A: 3 kovalent bağ, 6A: 2 kovalent bağ, 7A: 1 kovalent bağ, 8A: 0 kovalent bağ Ametaller, dubletlerini (son yörüngelerindeki elektron sayılarını 2 ye tamamlama) ya da oktedlerini (son yörüngelerindeki elektron sayılarını 8 e tamamlama) tamamlayarak kovalent bağ oluştururlar. 263
2.11.2016 Lewis yapısına göre kovalent bağ Lone pair elektronlar (bağ yapmamış/paylaşılmamış elektron çiftleri) 264
2.11.2016 Kovalentbağ ve ve kovalent Bileşiklerin Oluşumu ÖRNEK: H2 molekülünün yapısının incelenmesi? Şekilde de görüldüğü gibi her iki hidrojen atomunun da 1 er elektronu var. Bu sebeple hidrojen atomları 1 er elektron verip, alabileceği gibi, 1 er elektronlarını ortaklaşa da kullana bilirler. Şekilde her iki atom elektronlarını ortaklaşa kullanarak, dubletlerini tamamlamış ve He soygazına benzemişlerdir. ÖRNEK: F2 molekülünün yapısının incelenmesi? Şekilde de görüldüğü gibi her iki Flor atomunun da 7 şer değerlik elektronu var. Bu sebeple flor atomları 1 er elektron alabileceği gibi, 1 er elektronlarını ortaklaşa da kullana bilirler. Şekilde her iki atom, elektronlarını ortaklaşa kullanarak, oktedini tamamlamış ve Ne soygazına benzemişlerdir. 265
2.11.2016 Kovalentbağ ve ve kovalent Bileşiklerin Oluşumu ÖRNEK: O2 molekülünün yapısının incelenmesi? Şekilde de görüldüğü gibi her iki oksijen atomunun da 6 şar değerlik elektronu var. Bu sebeple oksijen atomları 2 şer elektron alabileceği gibi, 2 şer elektronlarını ortaklaşa da kullana bilirler. Şekilde her iki atom, elektronlarını ortaklaşa kullanarak, oktedini tamamlamış ve Ne soygazına benzemişlerdir. ÖRNEK: H2Omolekülünün yapısının incelenmesi? Şekilde de görüldüğü gibi oksijen atomunun 2 adet bağlayıcı elektronu vardır. Bu bağlayıcı elektronlar H atomunun bağlayıcı elektronlarıyla bağlanarak 2 adet kovalent bağ oluşturmaktadır. Sı molekülünde oksijen atomu oktetini, H atomu dubletini tamamlamaktadır. 266
2.11.2016 COCl2 NO3- H2CO için Lewis molekülleri yapılarını çiziniz 267
2.11.2016 Molekül oluşumunun Lewis yapısıyla gösterilmesi Ortaklaşmış ve bağlayıcı elektronların molekül üzerinde gösterilmesine, Lewis Yapısı denir. Şekilde de görüldüğü gibi bağlayıcı elektronlar “-“ ile gösterilebilir. “-“ 2 elektronu ifade etmektedir. 268
2.11.2016 Molekül oluşumunun Lewis yapısıyla gösterilmesi O2 nin Lewis yapısı N2 nin Lewis yapısı HCl nin Lewis yapısı 269
2.11.2016 Molekül oluşumunun Lewis yapısıyla gösterilmesi CO2 nin Lewis yapısı C2H4 ün Lewis yapısı C2H2 nin Lewis yapısı 270
2.11.2016 Bileşik oluşumunun Lewis yapısıyla gösterilmesi ÖRNEK: MgCl2 molekülünün yapısının incelenmesi? Şekilde de görüldüğü gibi bir magnezyum atomu 2 elektron verir. Bu 2 elektronu ancak 2 klor atomu alır. Bu sebeple bir molekülde 1 magnezyum, 2 klor atomu bulunur. MgCl2 şeklinde ifade edilir. 271
2.11.2016 Molekül oluşumunun Lewis yapısıyla gösterilmesi (Etkinlik) BİLEŞİK H2O CaCl2 CO2 C2H4 CaO CCl4 ATOMLARIN LEWİS YAPILARI MOLEKÜLÜN LEWİS YAPISI BİLEŞİK C2H2 SO2 NH3 CH4 ATOMLARIN LEWİS YAPILARI MOLEKÜLÜN LEWİS YAPISI 272
2.11.2016 Ametal ametal bileşiklerinin isimlendirilmesi Sayı eki+ Element adı + Sayı eki+ II.Elementin iyon adı +ür eki ÖRNEK: NO NO2 N2O5 SF6 :Azot Monoksit : Azot Di Oksit : Di Azot Penta Oksit : Kükürt Hekza Florür N2O N2O4 OF2 ClF7 :Di Azot Monoksit : Di Azot Tetra Oksit : Oksijen Di Florür : Klor Hepta Florür 1: Mono 2:Di 6:Hekza 3:Tiri 4:Tetra 7:Hepta 8:Okta 5:Penta 9: Nona 10:Deka 273
2.11.2016 274
2.11.2016 Koordinatif Kovalent Bağ Bir kimyasal bağda, bağı oluşturan elektronların her ikisi birden aynı atom tarafından veriliyorsa bu tür bağlar koordinatif kovalent (koordinasyon) bağı olarak adlandırılır. Bu tür bileşiklerede kompleks denir. + H H N H H Cl H N H H Cu2+ + 4 NH3 → Cu(NH3 )4 H 275 ••
2.11.2016 Kovalent Bileşikler En temel yapıtaşları moleküllerdir Erime ve kaynama noktaları düşüktür Elektrik akımını iletmezler Çoğu suda çözünmez 276
2.11.2016 • Bağ derecesi – Tekli bağ, bağ derecesi = 1 • Atomlar arası bağ sayısı arttıkça – Daha kısa bağ Çift bağ, bağ derecesi = 2 - daha kuvvetli bağ Bağ uzunluğu kovalent bağ yapan iki atomun çekirdekleri arasındaki mesafedir. Paylaşılan elektron çifti sayısı arttıkça bağ uzunluğu kısalır. Bağ enerjisi atomlar arasındaki kovalent bağı kırmak için gerekli enerji 277
2.11.2016 278
2.11.2016 •Bağ enerjisi atomlar arasındaki kovalent bağı kırmak için gerekli enerji 279
2.11.2016 280
2.11.2016 Bağ enerjisi ve Reaksiyon Entalpisi ΔHreak= ΔH(ürünler) - ΔH(reaktiflerin) ΔHreak=ΔH kopan bağlar - ΔH oluşan bağlar 281
2.11.2016 ΔHreak=ΔH kopan bağlar - ΔH oluşan bağlar = ΔH (reaktiflerin bağ enerjisi) - ΔH (ürünler bağ enerjisi) = -114 kJ/mol 282
2.11.2016 Atomlar arasındaki elektronegativite farkı 0 ise, bağ apolar kovalenttir. Atomlar arasındaki elektronegativite farkı 0 ile 2.0 arasında ise, bağ polar kovalenttir, Atomlar elektronegativite arasındaki farkı 2.0 den büyük ise, bağ iyoniktir. 283
2.11.2016 284
2.11.2016 Atomlar arasındaki elektronegativite farkı 0 ise, bağ apolar kovalenttir. Atomlar arasındaki elektronegativite farkı 0 ile 2.0 arasında ise, bağ polar kovalenttir, Atomlar elektronegativite arasındaki farkı 2.0 den büyük ise, bağ iyoniktir. Bileşik F2 Elektronegativite farkı 4.0 - 4.0 = 0 HF 4.0 - 2.1 = 1.9 LiF 4.0 - 1.0 = 3.0 Bağ tipi Apolar kovalent Polar kovalent İyonik 285
2.11.2016 286
2.11.2016 Formal Yük Formal Charge FY = V – (Y + B) FY : Formal Yük V : Grup No veya Değerlik Elektron Sayısı Y : Yalın Çift Elektron Sayısı B : Bağ Sayısı (veya 1/2 bağ e− çifti sayısı) "Best" Lewis Structure: F.C. = 0 If F.C. 0 then Most electronegative -F.C. Most electropositive +F.C. 287 287
2.11.2016 Siyanür anyonu -1 •• C ••N − C N 4 değerlik e– 5 değerlik e– yük 1 e– V = 10 e– C: 4 – (2 + 3) = -1 N: 5 – (2 + 3) = 0 Toplam yük = -1 Formal yüklerin toplamı iyonun yüküne eşit olmalıdır 288 288
2.11.2016 Amonyum İyonu + H N H H H +1 N yük -1 e– V = 8 H 5 değerlik e– 4 değerlik e– H: 1 – ( 0 + 1) = 0 N: 5 – ( 0 + 4) = +1 Toplam yük = +1 289 289 ••
2.11.2016 Sülfat anyonu V = 32 elektron _ : _ .. O S O O : : .. .. : .. : O The sum of the formal charges must be equal to the total charge on the ion or molecule 290 290 +2 _ .. .. _ : 2 -
2.11.2016 ÖRNEK: Nötral NCNO2 molekülünün Lewis yapısını ve formal yüklerini belirleyiniz. + - 291 291
2.11.2016 Bazı yapılar iki şekilde yazılabilir: .. - .. .. .. : : +2 .. .. : : .. - LEWIS DİYAGRAMI Formal yüklü GENİŞLEMİŞ-OKTET Formal yüksüz .. .. .. : : .. .. 292 292
2.11.2016 KATYONLAR Formal Yükler = +1 ANYONLAR Formal Yükler = -1 _ _ _ _ 29 293
2.11.2016 Yapısal İzomerler Cl2O bileşiğinin yapısal izomeleri Kapalı formülleri aynı, açık formülleri farklı olan bileşikler Bu bileşiklerden hangisi daha kararlıdır? Formal yüklerine bakılır 294
2.11.2016 ÖRNEK : OCl2 bileşiğinin iki yapısal izomerinin Lewis gösterimini yazınız, hangisi daha kararlıdır? +1 -1 #eV 7 6 7 7 6 7 Formal C. 0 0 0 7 6 7 7 7 6 0 +1 -1 Structure with less F. C. is more stable. 295 295
2.11.2016 Hangi bileşik daha kararlıdır? O O O : 6 – (4 + 2) = 0 C : 4 – (0 + 4) = 0 O : 6 – (4 + 2) = 0 Kararlı O O O : 6 – (4 + 2) = 0 O : 6 – (0 + 4) = +2 C : 4 – (4 + 2) = - 2 Kararsız 296 296
1 Publizr