1 hasan fırat kimyanın temel kanunları ve temel tanecikler
advertisement
HASAN FIRAT KİMYANIN TEMEL KANUNLARI VE TEMEL TANECİKLER Kütlenin Korunumu Kanunu Sabit Oranlar Kanunu Katlı Oranlar Kanunu Birleşen Hacim Oranları Kanunu Avogadro hipotezi Antoine Laurent de Lavoisier Joseph Proust John Dalton Gay-Lussac Amadeo AVOGADRO 1 KİMYANIN TEMEL KANUNLARI 1789 yılında Fransız kimyacı Lavoisier yanan maddelerin havanın oksijeniyle birleşmesinin bir sonucu olduğunu deneysel olarak göstermiştir. Yapmış olduğu deneyi, kapalı bir kapta gerçekleştirmiş, kabın tepkime sonundaki toplam kütlesinin başlangıçtaki kütleye eşit olduğunu göstermiştir. Kimyasal tepkimelerde atomların cinsi ve sayısı değişmediğinden toplam kütlede de bir değişim olmaz. Yani tepkimeye giren maddelerin kütleleri toplamı, tepkime sonunda oluşan maddelerin kütleleri toplamına eşittir. 1799 yılında Fransız kimyacı Joseph Proust tarafından ortaya konulmuştur. Bu kanuna göre, bir bileşiği oluşturan elementlerin kütleleri arasında sabit ve değişmeyen bir oran vardır. Bileşiğin miktarı değişse de bileşiği oluşturan elementlerin kütlece birleşme oranı hiçbir zaman değişmez 1804 yılında John Dalton tarafından bulunmuştur. Bileşiklerde elementler arasındaki kütle oranının korunmasına karşın bazen aynı elementlerin birbirleriyle birleştiklerinde farklı özellikler gösteren bileşikleri oluşturduğu gözlenmiştir. Örneğin karbon ve oksijenin birleşmesiyle özellikleri tamamen birbirinden farklı karbondioksit (CO2) ve karbonmonoksit (CO) diye adlandırılan iki farklı ürün meydana gelir. Aynı zamanda Dalton atom teorisi de Katlı Oranlar Kanununu desteklemektedir. Bu kanunda Dalton “iki element birden fazla bileşik oluşturmak üzere birleşirse, bir elementin belli bir kütlesi ile birleşen diğer elementin farklı kütleleri arasında tamsayılı bir oran vardır” şeklinde bahsetmektedir. 1808 yılında Gay-Lussac, gazlarla ilgili yaptığı çeşitli deneyler sonucunda, aynı basınç ve sıcaklıkta gazların belli hacim oranlarında birleştiklerini gözlemlemiştir. Buna birleşen hacim oranları kanunu denir. Bu kanun sadece gazlar için geçerlidir. Aynı sıcaklık ve basınçta bulunan farklı gazların eşit hacimlerinde eşit sayıda tanecik (atom veya molekül) vardır. Aynı sıcaklık ve basınçta bulunan farklı gazların eşit sayıdaki molekülleri eşit hacim kaplar. Yünlü kumaşa sürtülen ebonik çubuğun elektriklenme türüne negatif elektrik yükü, ipek kumaşa sürtülen cam çubuğun elektriklenme türüne ise pozitif elektrik yükü denir. Elektriksel olarak nötr olan bir cisim eşit sayıda negatif ve pozitif yüke sahip oldukları için net yük içermez. Pozitif yük sayısı negatif yük sayısından fazla ise madde pozitif yüklüdür. Negatif yük sayısı, pozitif yük sayısından fazla ise madde negatif yüklüdür. SÜRTÜNME İLE ELEKTRİKLENME Benjamin Franklin FARADAY ELEKTROLİZ DENEYİ Faraday'ın 1830'larda yaptığı elektroliz deneylerine kadar atomun yapısı ile ilgili herhangi bir çalışma veya ilerleme yoktur. Elektrik ve kimyasal değişme arasında nicel bir ilişkinin olduğu 1833'de M. Faraday tarafından bulunmuştur. Kimyasal bileşiklerin sulu çözeltilerine elektrik akımı uyguladığında, eksi yüklü elektrotta (katotta) bileşiği oluşturan artı yüklü iyonları element olarak elde etmiştir. Faraday'ın yaptığı deneylerden, bir atomun ancak belirli bir miktar veya bu miktarın bazı basit katları kadar elektrik yükü taşıyabileceği sonucu çıkarılabilir. Yani elektrik yükleri parçacıklar halinde taşınmaktadır. Elektrik yükünün parçacıklar halinde taşınması, elektriğin taneciklerden oluştuğunu gösterir. William Crooks Joseph John Thomson George Stoney Joseph John Thomson R.A. Millikan TANECİK Proton Nötron Elektron ELEKTRONUN KEŞFİ 1870 Crooks geliştirdiği vakumlu tüp içerisinde gazların elektrikle etkileşim sonucu ortaya çıkan davranışlarını inceledi. Buna göre, katot ışını tüpü adı verilen cam tüpün iki ucuna bir doğru akım üreteci bağlamış, elektrotlar arasına yüksek voltaj uygulamış ve tüpün negatif ucundan yani katodundan anoduna doğru hareket eden ışınların tüpün sonunda yeşilimsi ışın oluşturduğunu görmüştür. Bu ışına katot ışınları denir. 1897 yılında Joseph John Thomson bu denemeleri tüpün dışına manyetik alan ve elektriksel alan uygulayarak katot ışınlarının negatif kutup tarafından itildiğini, pozitif kutup tarafından da çekildiğini gözledi. Böylece katot ışınlarının hızlı hareket eden negatif yüklü (–) tanecikler olduğu sonucuna vardı. Bu negatif yüklü taneciklere George Stoney'in önerdiği gibi elektron adı verildi. Katot Işınlarının Özellikleri ➢ Hızla akan elektronlardır. ➢ Katottan anoda doğru hareket ederler. ➢ Kullanılan elektrodun cinsine (demir, platin vb.) bağlı değildirler. ➢ Tüpün içindeki gazın cinsine bağlı değildirler. ➢ Negatif yüklüdürler. ➢ Doğrusal yolla yayılırlar. ➢ Manyetik ve elektriksel alanda saparlar. ELEKTRONUN YÜK/KÜTLE ORANININ BELİRLENMESİ Thomson, Plücker'in deneyini model alarak yaptığı deneyde katot John Thomson ışınlarının manyetik ve elektriksel alanda sapmalarını inceledi. ➢ Katot ışınlarının elektriksel alanda pozitif kutup tarafından çekildiğini gözlemledi. Bu sapma miktarı parçacığın negatif yükü ile doğru orantılı, kütlesi ile de ters orantılıdır. Çünkü, büyük kütleli tanecikler elektrostatik çekim kuvvetinden daha az etkilenecektir. Buradan ilgili hesaplamaları yaparak Thomson, sapmayı ölçmüş ve böylece elektronun yük\kütle oranını belirlemiştir. ➢ Thomson, elektrik ve manyetik alanların şiddetlerinden yararlanarak elektronun yük/kütle oranını –1,7688.1011 C/kg olarak bulmuştur. Amerikalı R.A. Millikan (1868-1953) yaptığı yağ damlası deneyi ile elektronun yükünü –1,6022.10–19 C olarak ölçmüştür. Thomson tarafından bulunan yük\kütle eşitliği kullanılarak elektronun kütlesinin 9,1096.10–24 g olduğunu bulmuştur. SEMBOL BAĞIL YÜK BAĞIL KÜTLE TANIM p +1 1 akb Atomun çekirdeğindeki pozitif yüklü taneciktir. n 0 1 akb Atomun çekirdeğindeki yüksüz taneciktir. e -1 1/1840 akb Atomun katmanlarındaki negatif yüklü taneciktir. HASAN FIRAT KİMYANIN TEMEL KANUNLARI VE TEMEL TANECİKLER Atom Numarası Kütle Numarası İyon Anyon Katyon 2 Atomunun çekirdeğindeki proton sayısına atom numarası (Z) denir. Çekirdekte bulunan taneciklerden sadece protonlar yüklü olduğundan atom numarası, çekirdek yükü olarakta ifade edilebilir. ➢ Atom numarası element sembollerinin sol alt köşesine yazılarak gösterilir. ➢ Atom numarası aynı olan atom veya iyonlar aynı elemente ait taneciklerdir. ➢ Nötr atomlarda atom numarası, elektron sayısına eşittir. Atom numarası= Proton sayısı= Çekirdek yükü Proton sayısı= Elektron sayısıNötr atom Elektronların kütlesi, proton ve nötronların kütlesine göre çok küçüktür. Bu nedenle atom kütlesinin çekirdek kütlesine eşit olduğu söylenebilir. Bir element atomunun çekirdeğindeki proton ve nötron sayılarının toplamına kütle numarası (A) denir. ➢ Kütle numarası element sembollerinin sol üst köşesine yazılır. ➢ Kütle numarasına nükleon sayısı da denir. Sembolü X olan bir elementin atom ve kütle numarası Kütle numarası= Proton sayısı + Nötron sayısı Proton sayısı elektron sayısından farklı taneciklere iyon denir. İyonlar (+) veya (-) yüklü atom veya atom gruplarıdır. Tek atomlu iyonlar: K+, Zn2+ , Al3+ , H1- , O2- ... Çok atomlu iyonlar: NH4 + , SO42– , OH– , CIO4 – .. ➢ İyon halinde taneciğin iyon yükü, proton sayısı ile elektron sayısı arasındaki farka eşittir. İyon yükü= proton sayısı – elektron sayısı Atomun elektron alması sonucunda oluşan negatif (-) yüklü taneciklere anyon denir. ( F-, O2- , N3- , PO43- ) ➢ Anyon oluşumu genelde ekzotermiktir. Atom elektron aldıkça, elektron başına düşen çekim kuvveti azalacağı için çap büyür. Anyon: elektron sayısı > proton sayısı Atomun elektron vermesi sonucunda oluşan pozitif (+) yüklü taneciklere katyon denir. (Na+, Fe3+ , Cu2+ , NH4 + ) Katyon oluşumu endotermiktir. Atom elektron verdikçe, elektron başına düşen çekim kuvveti artacağı için çap küçülür. ➢ Buna göre, proton sayısı aynı olan taneciklerde (+) yük sayısı arttıkça iyon çapı küçülür, (-) yük sayısı arttıkça iyon çapı büyür diyebiliriz. ➢ Elektron sayısı aynı olan taneciklerde çekirdek yükü arttıkça, elektron başına düşen çekim kuvveti artar, çap küçülür. 12Mg2+ , 332+ 7N ve 10Ne taneciklerinin çapları arasındaki ilişki 7N > 10Ne > 12Mg şeklindedir. Katyon: proton sayısı > elektron sayısı Bir atom iyon haline geçtiğinde Elektron sayısı değişir. ➢ Kütle numarası, nükleon sayısı değişmez. Proton sayısı, atom numarası, çekirdek yükü değişmez. ➢ Çekirdeğin çekim gücü değişmez. Nötron sayısı değişmez. ➢ Birim elektron başına uygulanan çekim kuvveti değişir. Fiziksel ve kimyasal özellikleri değişir. ➢ Tanecik çapı değişir. ➢ Toplam tanecik sayısı değişir. Fiziksel ve Kimyasal Özellikler Nelere Bağlıdır? ➢ Fiziksel özellikler; proton, nötron ve elektron sayısına ➢ Kimyasal özellikler; proton ve elektron sayısına bağlıdır. İki tanecikte bağlıdır. İki tanecikte bunlardan biri bile farklı olursa bu iki bunlardan biri bile farklı olursa bu iki taneciğin kimyasal özellikleri farklı taneciğin fiziksel özellikleri farklı olur olur. 35 35 35 37 – 𝐶𝑙 ve 𝐶𝑙 Fiziksel ve kimyasal özellikleri farklı 17 17 17𝐶𝑙 ve 17𝐶𝑙 Fiziksel özellikleri farklı kimyasal özellikleri aynı ➢ ➢ ➢ ➢ İZOTOP ATOMLAR Ortalama atom kütlesi İZOBAR ATOMLAR İZOTON ATOMLAR İZOELEKTRONİK TANECİKLER ALLOTROP Proton sayıları aynı, nötron sayıları farklı olan atomlardır. ➢ İzotop atomların atom numaraları aynı, kütle numaraları farklıdır. Yani çekirdek yapıları farklıdır➢ İzotop atomların proton sayıları aynı olduğu için aynı elemente ait atomlardır. ➢ Nötr izotop atomların; fiziksel özellikleri farklı, kimyasal özellikleri aynıdır. ➢ İzotop atomların aynı elementle oluşturdukları bileşiklerin formülü aynıdır. ➢ Proton ve elektron sayıları aynı olduğu için oluşturdukları bileşiklerin kimyasal özelikleri aynı, ağırlıkları farklı olduğu için bileşiklerin fiziksel özellikleri farklıdır. 1 2 2 3 3 1𝐻 1𝐻 1𝐷 1𝐻 1 𝑇 A1. (%)1 + A2. (%)2 + A3. (%)3 +... A: İzotopun atom kütlesi %: İzotopun doğada bulunma yüzdesi Kütle numaraları (nükleon sayıları) aynı, atom numaraları (proton sayıları) farklı olan atomlardır. ➢ İzobar atomların fiziksel ve kimyasal özellikleri farklıdır. ➢ İzobar atomlar farklı elementlere ait atomlardır. Atom numaraları farklı, nötron sayıları aynı olan atomlardır. ➢ İzoton atomlar farklı elementlere ait atomlardır. ➢ İzoton atomların fiziksel ve kimyasal özellikleri farklıdır. Elektron sayıları ve elektron dizilişleri aynı, proton sayıları farklı olan taneciklerdir. ➢ Elektron sayıları aynı olmasına rağmen, proton sayıları farklı olduğundan kimyasal ve fiziksel özellikleri farklıdır. ➢ İzoelektronik taneciklerin en az bir tanesi iyon halinde bulunur. Bir elementin atomlarının birbirlerine farklı şekilde bağlanmasıyla oluşturdukları farklı molekül ve geometrideki maddelere allotrop denir. Oksijenin O2 VE O3 allotropları vardır. Kırmızı,beyaz ve siyah fosfor. Rombik kükürt ,Monoklinik kükürt,Amorf kükürt ➢Fiziksel özellikleri farklıdır. ➢Bağ kuvvetleri farklıdır. ➢Başka elementlerle tepkimeye girme eğilimleri farklıdır. ➢ Çekirdek yapıları aynıdır. ➢Atom dizilişleri farklıdır. ➢Aynı elementle oluşturdukları bileşiklerin formülleri aynıdır.
