n - SABİS

Prof. Dr. Ahmet TUTAR
Organik Kimya
Tel:02642956040
Fen-Edb. C. Blok,
Ofis No: 813
[email protected]
http://www.ahmettutar.com/
Kimya:
Değişimin İncelenmesi Çince Karakter
1. Bölüm
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
Kimya: Bir 21.yüzyıl Bilimi
Kimya, maddeyi ve maddedeki değişimi inceler.
Merkez bilimdir. Diğer bütün bilimlerle ilişkisi vardır.
• Sağlık ve İlaç
• Sağlık sistemleri
• Anestezi ile ameliyat
• Aşı ve antibiyotik
• Gen tedavisi
DNA makinesinden oluşturulan DNA örneği
•Enerji ve Çevre
• Fosil yakıtları (Kömür,
petrol, doğal gaz)
• Güneş enerjisi
Fotovoltaik Hücreler
• Nükleer enerji
3
Kimya: Bir 21.yüzyıl Bilimi
• Malzeme ve Teknoloji
• Polimerler, seramikler, sıvı kristaller,
yapıştırıcılar, kaplamacılık)
• Oda sıcaklıklı süper iletkenler (%20
elektirik kaçağını önlemek için)
• Moleküler bilgisayar
İşlenmekte olan bir silisyum plakası
• Besin ve ziraat
• Genetik olarak
değiştirilmiş ekinler
Genetik olarak değiştirilmemiş tütün
yaprağı ile değiştirilmiş tütün
yaprağı (böceklerle etkileştirilmesi)
• “Doğal” pestisitler
• Özel gübreler
4
Kimya Dersinin Çalışılması
Makroskopik
Mikroskopik
5
Sosyal bilimler dahil, tüm bilim alanlarında değişimlerin izlenmesinde bilimsel
yöntem uygulanır. Bu yöntem araştırmalara sistematik bir yaklaşımdır.
Gözlem, olayları makroskopik dünyada görmeyi sağlar. Atomlar ve moleküller
mikroskopik dünyayı oluştururlar. Temsil, deneysel sonuçları simge ve kimyasal
eşitlikler yardımıyla ifade edebilmek için yapılan bir bilimsel kısaltmadır.
6
Hipotez, gözlemlerin yorumlanmasıdır.
denenmiş
modife edilmiş
Bilimde bir yasa, olaylar arasındaki ilişkiyi ifade eden uygun sözel
ya da matematiksel bir ifade olup, aynı koşullar altında her zaman
geçerlidir.
Örneği, Newton’un ikinci hareket yasasında kuvvet, kütle ile
ivmenin çarpımına eşittir (F = ma).
7
Hipotezler, birçok deneysel çalışmalardan sonra geçerliliği
saptanarak kuramlar (teori) haline getirilir. Kuram, herhangi bir
olay ve/ya da bu olayın temelini oluşturan yasalarla ilgili belirli
bir ilkeyi açıklar.
Atom teorisi
8
Uygulamadaki Kimya:
Başlangıçtaki Helyum ve Bing Bang Teorisi
In 1940 George Gamow hypothesized that the universe
began with a gigantic explosion or big bang.
Deneysel Destek
• genişleyen evren
• kozmik ışıma
• başlangıçtaki helyum
9
Bir maddenin belirli bir bileşeni ve özellikleri vardır.
liquid nitrogen
gold ingots
silicon crystals
10
11
içecekler, süt, lehim
Kumda çimento ve demir talaşı
12
Saf bir madde element ya da bileşik olabilir. Saf madde
kimyasal yöntemlerle daha basit bileşenlere ayrılamıyorsa bu
madde bir elementtir.
. 115 element bilinmektedir.
82 element yer kabuğunda doğal olarak bulunur.
altın, alüminyum, kurşun,oksijen, karbon, sülfür
33 element kimyacılar tarafından laboratuarlarda
sentezlenmiştir.
Tekniyum, amerikinyum
13
14
Bir bileşik, iki ya da daha çok elementin kimyasal olarak
etkileşmesiyle sabit oranlarda birleşip tamamen farklı özellikte
ürün oluşmasıyla meydana gelir. Bileşikler, karışımlardan farklı
olarak, sadece kimyasal yolla kendisini oluşturan saf bileşenlere
ayrılabilirler.
dry ice – carbon dioxide
lithium fluoride
quartz
15
16
17
Maddenin Üç Hali
Tüm maddeler, en azından ilke olarak üç halde bulunabilirler:
katı, sıvı ve gaz. Katıların belirli şekilleri vardır. Sıvılar
bulundukları kabın şeklini alırlar. Gazlar sınırsız genleşebilme
özelliğine sahiptirler.
18
Maddenin üç hali. Buzun ısıtılarak su ve buhara dönüştürülmesi
gas
liquid
solid
19
Bir fiziksel özellik maddenin özelliği ya da kimyasal yapısı
değiştirilmeden incelenebilir ya da ölçülebilir. Örneğin buzun
ısıtılarak değiştirilmesi bir fiziksel değişim iken erime noktası
ise fiziksel bir değişimdir..
magnet
20
Destilasyon
21
Hidrojen havada yanarak
su oluşturur
22
23
Kapasite ve Şiddet Özellikleri
24
25
26
Uluslararası Birim Sistemi (SI) Fransızca System Inteantional
d’Unites’ den türetilmiştir.
27
28
29
30
SI birimi (m3) tür
1 cm3 = (1 x 10-2 m)3 = 1 x 10-6 m3
1 dm3 = (1 x 10-1 m)3 = 1 x 10-3 m3
1 L = 1000 mL = 1000 cm3 = 1 dm3
1 mL = 1 cm3
31
SI birimi kg/m3 tür
1 g/cm3 = 1 g/mL = 1000 kg/m3
yoğunluk =
kütle
hacim
d=
m
V
32
d=
m
V
m=dxV
= 21.5 g/cm3 x 4.49 cm3 = 96.5 g
33
34
K = 0C + 273.15
273 K = 0 0C
373 K = 100 0C
0F
9
=
x 0C + 32
5
32 0F = 0 0C
212 0F = 100 0C35
36
172.9 0F’ı oC ye çeviriniz..
= 5 x (0F – 32)
9
5 x (172.9 – 32) = 78.3
0C =
9
0C
37
Doğruluk ve
kesinlik iyi
Doğruluk yetersiz,
kesinlik iyi
Doğruluk ve kesinlik
yetersiz
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
Dimensional Analysis Method of Solving Problems
How many mL are in 1.63 L?
Conversion Unit 1 L = 1000 mL
1000 mL
1.63 L x
= 1630 mL
1L
2
1L
L
1.63 L x
= 0.001630
1000 mL
mL
49
The speed of sound in air is about 343 m/s. What is this
speed in miles per hour?
conversion units
meters to miles
seconds to hours
1 mi = 1609 m
1 min = 60 s
1 mi
60 s
m
x
x
343
s 1609 m
1 min
1 hour = 60 min
60 min
mi
x
= 767
hour
1 hour
50
51
52
53
54
55
56
Atomlar, Moleküller ve İyonlar
2. Bölüm
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
Dalton’un Atom Teorisi (1808)
58
SABİT ORANLAR YASASI
X elementinin atomları birbirinin aynısıdır. Aynı zamanda Y
atomlarının elementleri de birbirinin aynısıdır. Ancak, X ve Y
atomları birbilerinden farklıdır. Belirli oranlarda bileşik oluştururlar.
16 X
+
8Y
8 X2Y
59
Katlı Oranlar Yasası
İki element birden fazla bileşik oluşturmak üzere birleşirse, bir
elementin belli bir kütlesi ile birleşen diğer elementin farklı kütleleri
arasında küçük tam sayılı bir oran vardır.
60
http://www.youtube.com/watc
h?v=dExpJAECSL8
61
62
63
Cathode Ray Tube
J.J. Thomson, measured mass/charge of e(1906 Nobel Prize in Physics)
64
Cathode Ray Tube
(a)
(b)
65
Millikan Deneyi
66
Kendiliğinden radyasyon yayımlayan herhangi bir elemente
radyoaktif element denir.
67
Types of Radioactivity
(uranium compound)
68
69
Rutherford’un
a- Tanecikleri Deneyi
70
“Bir kağıt mendile 15 inch’lik bir kurşun sıktığımızda kurşunun geri
dönerek sizi vurması kadar inanılmaz bir olaydı”
http://www.youtube.com/watch?v=bSEOOMs5VNU&feature=re
lated
Rutherford atomdaki artı yüklerin tümünün, atomun içinde yoğun
ve merkezi bir çekirdekte odaklandığını ortaya attı.
Çekirdekteki artı yüklü taneciklere proton adı verilir.
Bir protonun kütlesi 1,67262 X 10-24 g dır. Yani elektronun 1840
katı kadardır.
71
atom yarıçapı~ 100 pm = 1 x 10-10 m
Çekirdeğin yarıçapı~ 5 x 10-3 pm = 5 x 10-15 m
“Atom spor statyumu büyüklüğünde
olsaydı atomun çekirdeği futbol topu
kadar olurdu”
72
a + 9Be
1n
+ 12C + energy
neutron (n) is neutral (charge = 0)
n mass ~ p mass = 1.67 x 10-24 g
73
mass p ≈ mass n ≈ 1840 x mass e74
Bir elementin atomlarının çekirdeklerinde bulunan protonların
sayısına atom numarası (Z) denir. Nötür bir atomda protonların
sayısı elektronların sayısına eşittir.
Kütle numarası (A) bir elementin atomlarının çekirdeklerinde
bulunan proton ve nötronların sayısının toplamıdır.
Atom numaraları aynı, ancak kütle numaraları farklı olan
atomlara izotop adı verilir.
75
The Isotopes of Hydrogen
76
77
Periyodik Çizelge
Periyodik çizelge benzer kimyasal ve fiziksel özellikleri olan
elementlerin birlikte gruplandırıldıkları bir çizelgedir. Elementler
atom numaralarına göre yatay periyotlarda, kimyasal
özelliklerindeki benzerliklere göre ise dikey gruplarda
sıralanmışlardır.
Elementler üç sınıfa ayrılabilirler; metaller, ametaller ve yarı
metaller.
Metaller, ısı ve elektriği iyi ileten elementlerdir, ametaller genellikle
ısı ve elektriği iletmezler, yarı metaleer ise metallerle ametaller
arası özelliklere sahiptirler.
78
79
Periyodik Çizelge
80
Noble Gas
Halogen
Group
Alkali Metal
Alkali Earth Metal
Period
Molekül, en az iki atomun belli bir düzende, kimyasal kuvvetlerle
(kimyasal bağlarla) bir arada tutulduğu atomlar topluluğudur.
H2
H2O
NH3
CH4
H2 olarak gösterilen hidrojen molekülüne diatomik (iki atomlu)
denir.
H2, N2, O2,molekül
Br2, HCl,
CO
İkiden çok atom içeren
moleküllere poliatomik (çok
atomlu) moleküller denir.
O3, H2O, NH3, CH4
81
Pozitif veya nefatif yükü olan bir atoma ya da atomlar grubuna
iyon denir. Nötür bir atomdan bir ya da daha çok sayıda
elektronun kaybedilmesi sonucunda oluşan pozitif yüklü iyona
katyon denir. Nötür bir atomun elektron almasıyla oluşan eksi
yüklü iyona anyon denir. Katyon ve anyondan oluşan bileşiğe de
iyonik bileşik denir.
NaCl iyonik bir bileşiktir. Çünkü Na+ ve Cl- iyonlarından
oluşmuştur.
82
83
Sadece bir atom içeren iyonlara tek atomlu iyonlar denir.
Na+, Cl-, Ca2+, O2-, Al3+, N3-
Birden fazla atom içeren iyonlara poliatomik iyonlar denir.
OH-, CN-, NH4+, NO3-
84
Periyodik Çizelgede Çok Rastlanan İyonlar
85
How many protons and electrons are in
27 Al ?
3+
13
13 protons, 10 (13 – 3) electrons
How many protons and electrons are in
78 Se
2?
34
34 protons, 36 (34 + 2) electrons
86
Kimyacılar moleküllerin ve iyonik bileşiklerin bileşimini kimyasal
simgelerle ifade etmek için kimyasal formüller kullanırlar.
Molekül Formülü; bir maddenin en küçük biriminde bulunan
elementlerin atom sayısını ve cinsini tam olarak gösteren
formüldür.
Kaba Formül; bir molekülde hangi elementlerin bulunduğunu ve
bu elementlerin atomlarının en basit tam sayılı oranını gösterir.
Yapı Formülü; moleküldeki atomların birbirine nasıl bağlandığını
gösterir.
Allotrop; bir elementin iki veya daha çok sayıdaki biçimlerine
verilen isimdir.
Molekül Modelleri; molekülleri gözümüzde canlandırabilmek için
kullanılan modellerdir. Top-çubuk ve uzay-dolgu modeli bunlara
örnektir.
87
88
Molekül Formülü
Kaba Formülü
H2O
H2O
C6H12O6
CH2O
O3
O
N2H4
NH2
O2 ve O3 (ozon) birbirlerinin allotropudur.
89
Karbonun bazı allotropları: a) elmas; b) grafit; c)
altıgen elmas; d-f) fullerenler (C60, C540, C70); g)
amorf karbon; h) karbon nanotüp
90
91
92
İyonik bileşiklerin formülleri çoğu zaman kaba formülleri ile aynıdır.
İyonik bileşiklerde katyon ve anyon yüklerinin toplamı eşittir.
Katyonun alt indisi sayısal açıdan anyonun yüküne, anyonun alt
indis ise katyonun yüküne eşittir.
93
Metaller ve ametaller iyonik bileşikleri oluştururlar.
94
Formula of Ionic Compounds
2 x +3 = +6
3 x -2 = -6
Al2O3
Al3+
O2-
1 x +2 = +2
2 x -1 = -2
CaBr2
Ca2+
1 x +2 = +2
Br-
1 x -2 = -2
Na2CO3
Na+
CO3295
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
Molecular Compounds
HI
hydrogen iodide
NF3
nitrogen trifluoride
SO2
sulfur dioxide
N2Cl4
dinitrogen tetrachloride
NO2
nitrogen dioxide
N2O
dinitrogen monoxide
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
Oksiasit ve oksianyonların adlandırılması
117
Naming Oxoacids and Oxoanions
118
Hidratlar bileşimlerinde belli sayıda su bulunduran
bileşiklerdir.
BaCl2•2H2O
LiCl•H2O
MgSO4•7H2O
Sr(NO3)2 •4H2O
CuSO4•5H2O
barium chloride dihydrate
lithium chloride monohydrate
magnesium sulfate heptahydrate
strontium nitrate tetrahydrate
CuSO4
119
120
Organic chemistry is the branch of chemistry that deals with
carbon compounds
Functional Groups
H
H
H
C
H
methanol
OH
H
C
NH2
H
methylamine
H
H
O
C
C
OH
H
acetic acid
121
122
Kimyasal Reaksiyonlarda
Kütle İlişkisi; Stokiyometri
3. BÖLÜM
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
Mikro Dünya
Atomlar & Moleküller
Makro Dünya
Gramlar
Uluslar arası kabullere göre, atom kütlesi (bazen atom ağırlığı
denilmektedir) atom kütle birimi (akb) ile verilir. Atom kütle
birimi, tam olarak C-12 atomunun kütlesinin 1/12 sine eşittir.
Bu Ölçeğe göre
12C
1H
= 12 akb
= 1.008 akb
16O
= 16.00 akb
Fe = 56 akb
124
Bir elementin atom kütlesi ölçülürken, genellikle doğada bulan
izotopların ortalama kütlesi ölçülür.
125
Doğal olarak lityum:
7.42% 6Li (6.015 akb)
92.58% 7Li (7.016 akb)
Lityumun Ortalama Kütlesi:
7.42 x 6.015 + 92.58 x 7.016
100
= 6.941 amu
126
Average atomic mass (6.941)
127
128
129
1. Düzine 12 parça
Bir çift 2 parça
1 gross 144 parça
Kimyacılar atom ve molekülleri ölçmek için mol kavramını
kullanırlar.
130
Mol Kütle: Bir mol atom ya da molekülün (gram ya da kilogram
cinsinden) kütlesi olarak tanımlanır.
1 mol 12C atom = 6.022 x 1023 atom = 12.00 g
1 12C atom = 12.00 akb
131
132
133
134
One Mole of:
S
C
Hg
Cu
Fe
135
1 12C atom
12.00 g
1.66 x 10-24 g
x
=
23
12
12.00 amu
6.022 x 10
C atoms
1 amu
1 amu = 1.66 x 10-24 g or 1 g = 6.022 x 1023 amu
M = molar mass in g/mol
NA = Avogadro’s number
136
How many atoms are in 0.551 g of potassium (K) ?
1 mol K = 39.10 g K
1 mol K = 6.022 x 1023 atoms K
1 mol K
6.022 x 1023 atoms K
0.551 g K x
x
=
1 mol K
39.10 g K
8.49 x 1021 atoms K
137
138
139
140
141
142
SO2
143
144
Herhangi Bir Molekül İçin
molekül kütlesi (akb) = mol kütlesi (gram)
1 molekül su = 18,02 akb
1 mol su = 18,02 g
1 molekül SO2 = 64.07 akb
1 mol SO2 = 64.07 g SO2
145
146
147
148
How many H atoms are in 72.5 g of C3H8O ?
1 mol C3H8O = (3 x 12) + (8 x 1) + 16 = 60 g C3H8O
1 mol C3H8O molecules = 8 mol H atoms
1 mol H = 6.022 x 1023 atoms H
1 mol C3H8O 8 mol H atoms 6.022 x 1023 H atoms
72.5 g C3H8O x
x
x
=
1 mol C3H8O
1 mol H atoms
60 g C3H8O
5.82 x 1024 atoms H
149
Atom ve molekül kütlelerinin doğrudan ve en kesin şekilde kütle
spektrometresi ile yapılmaktadır. Kütle Spektrometresi gaz
halindeki örneğin, yüksek enerjili elektronlarla bombardımanı ilkesi
ile çalışır.
150
Yüksek enerjili elektronlar pozitif yüklü iyonları oluşturur.
Hızlandırıcıda hızlanır. e/m oranına göre dairesel yol izlerler.
Ayrılan iyonlar dedektöre ulaşır ve çarpan iyon sayısı izotopların
bolluğunu bulmamıza yardımcı olur.
151
Formula mass is the sum of the atomic masses
(in amu) in a formula unit of an ionic compound.
1Na
NaCl
22.99 amu
1Cl + 35.45 amu
NaCl
58.44 amu
For any ionic compound
formula mass (amu) = molar mass (grams)
1 formula unit NaCl = 58.44 amu
1 mole NaCl = 58.44 g NaCl
152
What is the formula mass of Ca3(PO4)2 ?
1 formula unit of Ca3(PO4)2
3 Ca
3 x 40.08
2P
2 x 30.97
8O
+ 8 x 16.00
310.18 amu
153
Yüzde bileşim bileşik içerisindeki her elementin kütlece
yüzdesidir.
154
C2H6O
2 x (12.01 g)
x 100% = 52.14%
46.07 g
6 x (1.008 g)
%H =
x 100% = 13.13%
46.07 g
1 x (16.00 g)
%O =
x 100% = 34.73%
46.07 g
%C =
52.14% + 13.13% + 34.73% = 100.0%
155
156
Yüzde Bileşimi ve Kaba Formülü
%24,75 K, %34,77 Mn ve %40,51 O
içeren bileşiğin kaba formülünü
bulunuz.
1 mol K
nK = 24.75 g K x
= 0.6330 mol K
39.10 g K
nMn = 34.77 g Mn x
1 mol Mn
= 0.6329 mol Mn
54.94 g Mn
nO = 40.51 g O x
1 mol O
= 2.532 mol O
16.00 g O
157
nK = 0.6330, nMn = 0.6329, nO = 2.532
0.6330 ~
K:
~ 1.0
0.6329
Mn :
0.6329
= 1.0
0.6329
2.532 ~
O:
~ 4.0
0.6329
KMnO4
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
Kimyasal tepkime bileşik ya da bileşiklerin değişerek yeni bileşik
veya bileşikler oluşturduğu bir işlemdir. Kimyasal eşitlikte,
kimyasal tepkimelerde ne olduğunu göstermek için kimyasal
simgeler kullanılır.
tepkenler
ürünler
168
169
170
171
172
173
174
175
Bir kimyasal tepkimede tepkenler ve ürünlerin nicel olarak
çalışılmasına stokiyometri denir.
Mol yöntemi bir kimyasal tepkimede katsayılar bileşiklerin mol
sayılarını belirtir.
176
177
178
179
180
Methanol burns in air according to the equation
2CH3OH + 3O2
2CO2 + 4H2O
If 209 g of methanol are used up in the combustion, what
mass of water is produced?
grams CH3OH
moles CH3OH
molar mass
CH3OH
209 g CH3OH x
moles H2O
grams H2O
molar mass
coefficients
H2O
chemical equation
4 mol H2O
18.0 g H2O
1 mol CH3OH
=
x
x
32.0 g CH3OH
2 mol CH3OH
1 mol H2O
235 g H2O
181
182
183
Tepikemde tamamen tükenen maddeye sınırlayıcı tepken denir.
Fazla tepken ile tepkime verebileceği miktardan fazlasına sahip
olan bileşendir. Hesaplamalar sınırlayıcı tepkene göre yapılır.
184
185
186
187
188
189
124 g Al 601 g Fe2O3 ile tepkimeye girdiğinde oluşan Al2O3
miktarını hesaplayınız.
2Al + Fe2O3
g Al
mol Al
g Fe2O3
124 g Al x
mol Fe2O3 needed
mol Fe2O3
1 mol Al
27.0 g Al
124 g Al
Al2O3 + 2Fe
x
g Fe2O3 needed
OR
mol Al needed
1 mol Fe2O3
2 mol Al
160. g Fe2O3
=
x
1 mol Fe2O3
g Al needed
367 g Fe2O3
367 g Fe2O3
601 g Fe2O3 olduğu için Al sınırlayıcı reaktiftir
190
Sınırlayıcı reaktif Al dur.
g Al
mol Al
mol Al2O3
2Al + Fe2O3
124 g Al x
1 mol Al
27.0 g Al
x
1 mol Al2O3
2 mol Al
g Al2O3
Al2O3 + 2Fe
102. g Al2O3
=
x
1 mol Al2O3
234 g Al2O3
Tüm Al tükenir. Fe2O3 ten bir miktar
tepkimeye girmeden kalır.
191
Bir tepkimenin kuramsal verimini sınırlayıcı tepken belirler.
Kuramsal verim sınırlayıcı tepkenin tümüyle kullanılması halinde
oluşabilecek ürün miktarıdır. Uygulamada ise gerçek verim
kullanılır ve gerçek verim tepkime sonunda gerçekten oluşan
ürün miktarıdır.
Kimyacılar bir tepkimenin verimini, gerçek verimi kurumsal
verime oranlayarak hesaplarlar ve buna yüzde verim denir.
Yüzde verim şöyle hesaplanır:
192
193
194
195
196