KİMYA DERS NOTU
advertisement
malzemebilimi.net malzemebilimi.net METALÜRJİ KİMYA DERS NOTU ADEM ŞAHİN malzemebilimi.net malzemebilimi.net MADDE KİMYA VE TEMEL KAVRAMLAR Kimya bir değişim bilimidir. Kimya madde ve maddedeki değişimleri inceler. Günümüzde element adını verdiğimiz 112 civarında temel madde vardır. Elementler basit olarak hiçbir kimyasal yollarla elde edilemezler.112 elementten bazıları bileşik yapımına katılmazlar. 80 civarına Element değişik şekillerde bir araya gelerek milyonlarca bileşiği meydana getirirler. Taş toprak kuş ağaç evinizdeki bilgisayar vücudunuz etrafınızda gördüğünüz her şey bu 80 tane elementten başka bir şey değildir. Madde: Kütlesi hacmi ve eylemsizliği olan her şey maddedir. Çevremizde gördüğümüz hava su, toprak, kuş, ağaç, insan, bakteri, su yosun, virüs demir, duman, vs maddedir.maddenin ortak ve ayırt edici özellikleri vardır. Madenin değişimi sırasında çevresinden ısı alır veya çevresine ısı verir. Buna göre değişimler 2 şekilde incelenir Endotermik ve Ekzotermik değişimler olmak üzere. Sistem: bilim adamlarının incelemek üzere aldıkları evrenin bir parçasına sistem denir. Örnek:yanan bir kömür parçası, kaynayan su, yağan kar vs. Çevre : sistemin dışında kalan ortama çevre denir. 2 malzemebilimi.net malzemebilimi.net Endotermik değişmeler: değişime uğrayan sistem çevresinden ısı alıyorsa bu tür değişimlere endotermik değişim denir. Ekzotermik Değişmeler: değişime uğrayan sistem çevresine ısı veriyorsa bu tür değişimlere Ekzotermik değişim denir. Değişimler sonunda madde ya başka maddelere dönüşür yada başka maddelere dönüşmeden değişik formlara girer. Maddedeki Değişmeler: Maddedeki değişimler fiziksel ve kimyasal olmak üzere iki şekilde olur. Maddenin fiziksel özellikleri: Maddenin kimyasal özellikleri: A.Fiziksel değişme:Değişiklik sonunda madde başka maddelere dönüşmüyorsa; maddenin şeklinde biçiminde fiziksel halinde değişiklik meydana geliyorsa bu tür değişmelere fiziksel değişme denir. Örnek: iyodun süblimleşmesi, suyun buharlaşması, odunun parçalanması, kar yağması, mumun erimesi bakırın elektriği iletmesi, ampulün yanması tuzun suda çözünmesi sütten yağ çıkarılması deniz suyundan içme suyu eldesi B.Kimyasal değişme:Değişiklik sonunda madde başka maddelere dönüşüyorsa bu tür değişmelere kimyasal değişme denir. 3 malzemebilimi.net malzemebilimi.net Örnek:suyun elektrolizi Kağıdın yanması Kirecin söndürülmesi Yumurtanın haşlanması Akümülatörün elektrik üretmesi Pilin şarj edilmesi, deşarj edilmesi Mumun yanması Gümüş tabağın kararması Yaprağın sararması Meyvelerin olgunlaşması Çinkonun asitte çözünmesi Sütün bozunması Sütten yoğurt yapılması Sütten peynir yapılması Yaprakların çürümesi Isı ve sıcaklık Maddenin değişiminde etkili olan bir başka faktör de ısı ve sıcaklık kavramlarıdır. Isı ve sıcaklık kavramlarının, maddeyi inceleyen bir kişi tarafından çok iyi bilinmesi gerekir. 1.Isı bir enerji birimidir, sıcaklık ise bir ortamdır. 2.Isı maddenin kütlesine bağlıdır sıcaklık kütleye bağlı değildir. 3.Isı joule calori gibi birimlerle belirtilir, sıcaklık ise santigrat, farhenait, Kelvin gibi sıcaklık ölçü birimleriyle belirtilir. 4.Bir maddenin sahip olduğu kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamına ısı denir. Bağ: Maddenin yapıtaşının atom, atomların bir araya gelmesiyle bileşiklerin meydana geldiğini öğrenmiştik. Bileşiğin en küçük parçasına molekül denir. Peki bu atom ve moleküller hatta molekülleri meydana getiren atomlar nasıl bir arda durmaktadır? Bir bina yapmak istediğiniz zaman tuğlaları harç denilen bir kimyasal madde ile birbirine bağlamıyor 4 malzemebilimi.net malzemebilimi.net muyuz. Öyle ise atomlar ve moleküller arsında da bunların bir arada durmasını sağlayan bir bağ vardır. Kural:Bağları koparmak için sisteme enerji vermemiz gerekir. Bağlar oluşurken de sistem çevreye enerji verir. Bir bağ ne kadar zor kopuyorsa madde o kadar kararlıdır. Enerji:madde ile ilgili bizim bahsedeceğimiz potansiyel ve kinetik olmak üzere iki tür enerji vardır. Kinetik enerji: Kinetik enerji sıcaklığa bağlıdır sadece sıcaklıkla artar. Potansiyel enerji: durum enerjisidir. Maddenin fiziksel hali değişirken potansiyel enerjisi değişir. Maddeler katı, sıvı, gaz (plazma) olmak üzere 3 halde bulunur. MADDE VE HALLERİ Katı Hal:Katı halde madde atom veya molekülleri en düzenli haldedir. Katı halde atom veya moleküller arasındaki bağlar en kuvvetlidir. Katıların belli bir şekilleri vardır . Madde tanecikleri birbirine en yakın konumdadır. Katı halde madde atomları titreşim hareketi yaparlar. Katılar sıkıştırılamazlar. Sıvı Hal:Madde tanecikleri katı hale göre daha özgürdür. Sıvı atom veya molekülleri arasında katı hale göre daha zayıf çekim kuvvetleri (bağ) vardır. Tanecikler titreşim ve dönme hareketi yaparlar. Sıvılar bulundukları kabın şeklini alırlar. Sıvılar sıkıştırılamazlar.sıvılar akışkandır. Gaz Hali:Maddenin en düzensiz en özgür halidir. Gaz atom veya molekülleri arsında çekim kuvvetleri yoktur. Gazlar gelişigüzel Brown hareketleri yaparlar. Gaz molekül veya atomları titreşim dönme ve öteleme hareketi yaparlar. Gazlar bulundukları kabın hacmini doldururlar. Gazlar akışkandır. Gazlar sıkıştırılabilirler. Çok fazla sıkıştırılırlarsa sıvılaşırlar. Katı sıvı ve gaz halde maddenin bazı özellikleri 1.Atomlar yada moleküller arasıda çekim kuvveti katıda en fazla sıvıda zayıf gazda ise yoktur. 2.Atomlar yada moleküller arasıda bağ kuvveti katıda en fazla sıvıda zayıf, gazda ise bağ yoktur 3.Maddenin en düzenli hali katı en düzensiz hali ise gaz halidir. 4.Her katının bir şekli vardır, sıvılar bulundukları kabın şeklini alırlar, gazlar bulundukları kabı doldururlar. 5 malzemebilimi.net malzemebilimi.net 5.Potansiyel enerjinin en az olduğu hal katı en fazla olduğu hal ise gaz halidir 6. Maddenin en Kararlı olduğu hal katı en kararsız olduğu hal ise gaz halidir. 7. madde tanecikleri katı halde titreşim, sıvı halde titreşim dönme, gaz halde ise titreşim dönme ve öteleme hareketi yaparlar. 8.Katı halde madde tanecikleri sabittirler yer değiştirmezler sıvı ve gaz halde ise hareketli akışkandırlar. 9.Aynı sıcaklıktaki katı sıvı gaz maddenin kinetik enerjisi aynıdır. Potansiyel enerjisi farklıdır. Potansiyel enerjisi en az olan katı en fazla olan gaz maddedir MADENİN ORTAK VE AYIRT EDİCİ ÖZELLİKLERİ Maddenin ortak özellikleri: kütle, hacim, eylemsizlik, 1.Kütle:Değişmeyen madde miktarına yani atom sayısına denir. Ölçüldüğü yere göre farklılık göstermez. Eşit kollu terazi ile ölçülür. Çoğu öğrenci kütle ile ağırlığı karıştırmaktadır oysa ikisi farklı kavramlarıdır. Farkında olmadan birbirinin yerine kullansak da aslında farklı kavramlardır. Ağırlık: Maddeye bulunduğu yerin uygulamış olduğu çekim kuvvetine denir. Ağırlık dinamometre ile ölçülür bulunulan yere göre ağırlık değişir. Kütlesi büyük gezegende ölçülen ağırlık daha büyük olur. 2.Hacim:Maddenin uzayda kapladığı üç boyutlu alana hacim denir. 3.Eylemsizlik:Uzayda duran bir madde herhangi bir kuvvetin etkisi olmadıkça durmaya devam eder, hareket halindeki madde ise herhangi bir kuvvetin etkisi olmadıkça hareket etmeye devam eder. Bu duruma eylemsizlik prensibi denir. Maddenin ayırt edici özellikleri: 1.Yoğunluk (Özkütle) 2.Erime ve donma noktası 3.Kaynama ve yoğunlaşma noktası 4.Genleşme 5.Esneklik 6.Çözünürlük 6 malzemebilimi.net malzemebilimi.net 7.İletkenlik Maddenin ayırt edici özellikleri Ayırt edici Özellik Yoğunluk Erime noktası Donma noktası Kaynama noktası Genleşme Esneklik Çözünürlük Maddenin fiziksel hali katı sıvı gaz + + + + + + + + + + + + 1.yoğunluk (Özkütle):Bir maddenin belirli sıcaklıkta birim hacminin kütlesine Özkütle denir. Maddelerin sıcaklıkla hacimleri sıcaklıkla değişmektedir. Suyun +4 ℃ de özkütlesi 1gr/cm³ tür d=m/v formülünden hesaplanır. Özkütle madde miktarına bağlı değildir.maddenin cinsine bağlıdır. 2.erime ve donma noktası: saf bir maddenin sabit sıcaklık ve basınçta ısı alarak katı halden sıvı hale geçmesine erime, ısı vererek sıvı halden gaz hale geçmesine donma denir. Erime katılar için, Donma sıvılar için Ayırt edici bir özelliktir. Bir maddenin aynı ortamda kaynama ve donma noktaları aynı değerlerdir. 3.kaynama ve yoğunlaşma noktası:sıvı bir maddenin buhar basıncının bulunduğu ortamdaki atmosfer basıncına eşit olduğu andaki sıcaklığına kaynama noktası denir. saf Sıvı bu sıcaklıkta çevresinden ısı alarak sıvı halden gaz hale geçer.buharın aynı sıcaklıkta yoğunlaşmasına yoğunlaşma noktası denir. Bir madde için aynı ortamda yoğunlaşma noktası ve kaynama noktası aynı değerlerdir. Kaynama sıvılar için yoğunlaşma gazlar için ayırt edici bir özelliktir. 4.Genleşme:bir madde ısı aldığı zaman tanecikleri arasındaki uzaklık artar. Bu yüzden madde ısınırken hacmi büyür soğuduğu zaman hacmi küçülür. Genelde bu kural doğrudur ancak bu duruma uymayan maddeler de vardır. Bir maddenin ısının etkisiyle hacminin büyümesine genleşme denir. Genleşme katılar ve sıvılar için bir ayırt edici özelliktir gazlar için ayırt edicibir özellik değildir. Çünkü gazların genleşme katsayıları aynıdır. 5.Esneklik:katı maddelerin tanecikleri arasındaki çekim kuvvetinden kaynaklanan bir durumdur. Katı bir maddeye kuvvet etki ettiği zaman 6.Çözünürlük.:bir maddenin 100gr su içerisindeki çözünen madde miktarı o maddenin çözünürlük değerini gösterir. Çözünürlük katı sıvı ve gazlar için bir ayırt edici özelliktir. 7 malzemebilimi.net malzemebilimi.net 7.İletkenlik:ısı ve elektrik akımı iletkenliği maddeden maddeye değişmektedir her maddenin kendine has bir iletkenliği vardır iletkenlik üzerinden geçen elektrik akımına karşı maddelerin gösterdiği kolaylıktır yani bir madde elektrik akımına karşı ne kadar az direnç gösterirse o kadar iletkendir maddelerdeki elektrik iletkenliği; 1-elektronları hareketi 2-iyonların hareketi ile ilgilidir elementlerden metaller elektrik akımını iletir. Ametaller iletmez iyonik bağlı katı kristaller elektrik akımını iletmezler bunlar sıvı halde ve çözelti halinde elektrik akımını iletirler. Sulu çözeltilerde elektrik akımı iletkenliğinin olması için çözelti içerisinde iyon bulunmalıdır içerisinde iyon bulunduran çözeltiler genellikle asit baz ve tuzun sulu çözeltileridir. Buna göre asit baz ve tuzun sulu çözeltileri elektrik akımını iletir şekerli su alkollü su gibi molekül halinde çözünen maddelerin sulu çözeltileri elektrik akımını iletmez. karışımlar elektrik ELEMENT VE BİLEŞİKER Saf maddeler:Tek cins atom veya tek cins moleküllerin meydana getirdiği maddelere saf maddeler denir. İki grup madde saf maddeleri meydana getirir elementler ve bileşikler. Element: Tek cins atomlardan oluşmuş saf maddeye element denir. Örnek: demir bakır kükürt oksijen azot fosfor Elementlerin özllikleri: 1.homojendirler,saftırlar 2.belirli erime ve kaynama noktaları vardır 3.yapı taşları atomdur 4.kimyasal yada fiziksel yollarla daha basit maddeye ayrışmazlar 5. katı sıvı gaz halde bulunabilirler., elementler metaller ve ametaller olmak üzere ikiye ayrılırlar. Metaller :aktif metaller amfoter metaller yarı soy metaller tam soy metaller (ZinCir SanAl Pub ) kelimesini oluşturan Zn=çinko Cr=krom Sn=kalay Al=alüminyum ve Pb=kurşun dan oluşan metal topluluğuna amfoter metaller/elementler denir. 8 malzemebilimi.net malzemebilimi.net Ametaller: soy gazlar ve diğer ametaller Yarı metaller: Bileşik: birden fazla elementin belirli oranlarda bir araya gelerek kimyasal olarak değişikliğe uğrayıp oluşturdukları yeni saf maddeye bileşik denir. Örnek: hidrojen yanıcı (roket yakıtı) oksijen yakıcı birleştiklerinde su oluşur su söndürücü özelliğe sahiptir. BİLEŞİKLER VE BİLEŞİKLERİN AYRILMASI Bileşiklerin özellikleri. 1. Homojendirler 2.Belirli erime ve kaynama noktaları vardır. 3.yalnızca kimyasal yollarla bileşenlerine ayrılırlar fiziksel yollarla bileşenlerine ayrılmazlar. 4.yapı taşları moleküldür. 5.Bileşiği oluşturan elemenler belirli kütle oranlarında birleşirler bu oran değişirse başka bir bileşik oluşur. 6.kimyasal özellikleri kendisini oluşturan elementlerin özelliğine benzemez. 7. Formüllerle gösterilirler 8.yapısında en az iki cins atom vardır. Bileşiklerin ayrıştırılması: tabiatta bileşikler halinde bulunan maddeler çeşitli yöntemler kullanılarak bileşenlerine ayrıştırılabilir. Yemek tuzu, su, karbondioksit gibi maddeler bileşiktir ve yapılarında birden fazla cins atom bulunur. Bileşikleri ayırmak için biz 2 yöntemden bahsedeceğiz bu yöntemlerin dışında da yöntemler mevcuttur. 1-Isı enerjisi ile ayrışma: bazı maddeler ısı etkisiyle kimyasal parçalanmaya uğrarlar. Örneğin tabiatta bulunan kireç taşı ısıtılırsa sönmemiş kireç ve karbondioksite parçalanır. Aynı şekilde turuncu renkli cıva oksit maddesi ısıtılırsa kimyasal parçalanmaya uğrar gümüş rengine benzer metalik cıva ve oksijen gazına ayrışır. 2-Elektrik enerjisi ile ayrışma (elektroliz): bileşikleri elementlerine ayrıştırma yöntemlerinden biriside elektrolizdir. Elektrolizle elementlerine ayrıştırılacak madde ya sıvı hale getirilir yada su ile çözeltisi hazırlanır.daha sonra çözeltiye yada sıvı maddeye bir 9 malzemebilimi.net malzemebilimi.net elektrik akımı uygulanır. Artı yüklü iyonlar katotta, eksi yüklü iyonlar anotta element olarak toplanır. 3-Başka ayırma teknikleri:saf maddelerden bileşiklerin başka saf maddelere dönüşümü ısı ve elektrik enerjisi dışında başka yöntemlerle de gerçekleşir. Doğada çoğu metal oksitleri şeklinde bulunur. Oksitlerden metal elde edebilmek için genelde karbon kullanılır. Metal oksitler karbonla tepkimeye sokularak metal elde edilir. Örneğin demiroksit ile karbon tepkimeye sokularak saf demir elde edilir. Metal bileşikleri çözeltileri içerisinde daha aktif metallerin katyonlarıyla yer değiştirir. KARIŞIMLAR VE KARIŞIMLARIN AYRILMASI Karışım: birden fazla maddenin her türlü oranda bir araya gelerek, kimyasal özelliklerini kaybetmeden oluşturdukları topluluğa karışım denir. Karışımların özellikleri: 1.karışımda maddeler fiziksel özelliklerini kaybedebilirler. 2.karışımda maddeler kendi özelliklerini korurlar. 3.karışımlar fiziksel yollarla bileşenlerine ayrılırlar. 4.genel olarak erime ve kaynama noktaları sabit değildir. 5.homojen yada heterojen yapıda olabilirler. 6.yapısında en az iki cins atom vardır 7.saf değildirler. 8.formülleri yoktur 9.maddeler belirli oranlarda birleşmezler. A-Homojen karışımlar: Özellikleri her yerde aynı olan karışımlara denir. Örnek:çözeltiler, alaşımlar, gaz karışımlar vs B-Heterojen karışımlar: Özellikleri her yerde aynı olmayan karışımlara heterojen karışımlar denir. 1.Süspansiyon: bir katının çözünmediği bir sıvı içerisinde heterojen şekilde dağılmasından meydana gelen karışımlara süspansiyon denir. Örnek: Tebeşir tozlu su, çamurlu su, Türk kahvesi, toz halindeki antibiyotik şurupların karışımı vs. 10 malzemebilimi.net malzemebilimi.net 2.Emülsiyon: Bir sıvının çözünmediği diğer bir sıvı içerisinde heterojen şekilde dağılmasından meydana gelen heterojen karışıma denir. Örnek: su zeytinyağı karışımı 3.Aerosol: bir sıvının gaz içerisinde çözünmeden heterojen şekilde dağılmasından meydana gelen karışımlara denir. Saf ve saf olmayan (karışımlar) ile ilgili bazı örnekler Saf maddeler: Buzlu su, Karbondioksit, Altın, Gümüş, Saf su, Yağmur suyu, Asit ,baz, tuz, Saf olmayan(karışımlar) maddeler: Tuzlu su, Alaşımlar, Kolonya, Hava, Deniz suyu, Kaynak, suyu Kaynamış su, Çeşme suyu, Maden suyu, Kola, gazoz, ayran, süt Homojen karışımlara (maddelere) örnekler Elementler, Bileşikler, Mürekkepli su, Deniz suyu, Tuzlu su, Şekerli su, asitli, su bazlı su, çözeltiler, Alaşımlar, Heterojen karışımlara (maddelere) örnekler: süt, tebeşir tozlu, su nişastalı su, duman, sis, tozlu hava, çamurlu su, Türk kahvesi, KARIŞIMLARIN AYRILMASI: Tabiattaki maddelerin pek çoğu karışımları halinde bulunur. Birbirine karışmış halde bulunan bu maddeleri insanlar kullanamaz. Örnek: ham petrol karışım halindeki bu maddeler ayrıştırılarak insanların hizmetine sunulmalıdır. Karışmış maddelerin birbirinden ayrıştırılabilmesi için bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerinin farklı olması gerekir. Şimdiye kadar maddelerin Özkütle, erime noktası , kaynama noktası, çözünürlük, iletkenlik, esneklik genleşme gibi ayırt edici /farklı karakterlerinin olduğunu inceledik. Karışmış maddeleri birbirinden ayırmak için bu özelliklerden faydalanmak gerekir. Karışımları ayırırken bir özellik yetmeyebilir. O zamanda birden fazla özellik kullanılmalıdır. Uygun metot seçilerek karar verilir. Karışımları ayrıştırmak için bazı metotlar; 1.Elektriklenme ile ayrıştırma:sürtünen bir kısım maddelerin elektriklenme özelliği vardır. Bu maddeler statik elektrik denilen bir cins elektrikle yüklenirler.örneğin yün kazağı karanlık bir odada çıkarırken çıtır çıtır şeklinde sesler duyulur ve kıvılcımlar gözlenir. Maddenin bu özelliğinden faydalanarak bazı hafif maddelerden meydana gelen karışımlar ayrıştırılabilir. Elektriklenen maddeler bazı maddeleri çekerken bazı maddeleri çekmezler. Örneğin:kırmızı pul biber ve yemek tuzu karışımına elektrik yüklü ebonit çubuk yaklaştırıldığında çubuğun pul biberleri çektiği gözlenir. Pul biber yemek tuzundan bu yöntemle ayrılmış olur. 11 malzemebilimi.net malzemebilimi.net 2.Mıknatıs ile ayrıştırma:demir nikel kobalt maddeleri mıknatıs tarafından çekilir.maddenin bu özelliğinden faydalanarak bu 3 maddeden birisinin başka maddelerle meydana getirdiği karışımlar mıknatıs yardımı ile ayrıştırılabilir. 3.Özkütle farkı ile ayrıştırma:Özkütleleri farklı karışmış iki madde değişik yöntemlerle birbirinden ayrıştırılabilir. A-Özkütleleri farklı iki katı karışım, ikisinin de çözünmediği bir sıvı içerisine atılırsa Özkütleleri farklı olduğundan ve çözünmediklerinden sıvı içerisinde iki farklı bölgelerde toplanırlar.örneğin: kum naftalin karışımını suya atarsak, kumun yoğunluğu sudan fazla olduğundan dibe çöker , naftalinin yoğunluğu sudan az olduğu için su yüzeyinde toplanır.üstteki naftalin alınır geriye kalan su süzülerek karışım ayrılmış olur. B-Özkütleleri farklı iki karışım rüzgarda savrularak ayrıştırılabilir. Örneğin bazı köylülerin Tahıl-saman karışımlarını rüzgarda savurarak ayrıştırırlar C-Özkütleleri farklı ve birbiri içerisinde çözünmeyen iki sıvı, karışımı ayırma hunisi yardımıyla birbirinden ayrıştırılır. Örneğin su zeytinyağı karışımı bu yöntemle ayrıştırılır. 4.çözünürlük farkı ile ayrıştırma:maddelerin bazıları suda çözünürken bazıları çözünmez. Her maddenin sudaki çözünürlükleri birbirinden farklı olduğu gibi bir maddenin farklı sıvılardaki çözünürlükleri de farklıdır. Maddelerin çözünürlükleri sıcaklıkla da değişir. Maddenin bu özelliğinden faydalanarak bazı karışımlar bu yöntemle ayrıştırılabilir. Örneğin : tuzlu-pirinç, kükürt-bakır sülfat, bu yöntemle ayrıştırılabilir. Karışımdaki maddelerden her ikisi de aynı sıvıda çözünüyorsa bu defa karışımdaki maddelerin çözünürlüklerinin sıcaklıkla değişiminden faydalanılır. Çözeltinin sıcaklığı değiştirilerek ayrımsal kristallenme ile çözeltideki maddeler ayrı ayrı elde edilir. Ancak bu yöntemle her zaman %100 bir ayırma işlemi gerçekleştirilemeyebilir. Örneğin potasyum nitrat ile sezyum sülfat suya atılıp ısıtıldığında, potasyum nitratın çözünürlüğü sıcaklıkla artarken sezyum sülfatın çözünürlüğü sıcaklıkla azalır. Bu yüzden sıcaklık yükseldikçe sezyum sülfat dipte çökmeye başlar karışım süzülerek ayrıştırılır. 5.Hal değiştirme sıcaklıkları farkı ile ayrıştırma: bir maddenin erime ve kaynama noktasının başka bir maddenin erime ve kaynama noktasından farklı olduğunu daha önce öğrenmiştik. Maddenin bu özelliğinden faydalanarak bazı karışımlar ayrıştırılabilir. Bu yöntemle: A-Erime noktası farklı olan katı-katı karışımlar; B-kaynama noktası farklı olan sıvı-sıvı karışımlar; C-Yoğunlaşma noktası farklı olan gaz-gaz karışımlar; Birbirinden ayrılabilir. 12 malzemebilimi.net malzemebilimi.net A-kurşun bakır karışımı ısıtılırsa erime noktası düşük olan kurşun önce erir karışım uygun bir süzgeçten geçirilerek karışım ayrılır. B-kaynama noktaları farklı su ve alkol karışımı destilasyon (damıtma) balonuna konularak damıtılırsa önce kaynama noktası 78 ℃ olan alkol kaynayarak karışımı terk eder buharlaşan alkol liebig soğutucusunda tekrar yoğunlaştırılır bu tür işlemlere ayrımsal damıtma denir. Ham petrol bu yöntemle bileşenlerine ayrılarak kullanıma sunulur. C-hava yavaş yavaş soğutulursa yoğunlaşma noktaları farklı olan maddeler farklı sıcaklıklarda yoğunlaşırlar bu yöntemle hava karışımından oksijen gazı elde edilir. ÇÖZELTİLER VE ÇÖZÜNÜRLÜK Çözelti:Bir maddenin diğer bir madde içerisinde atom, iyon veya molekül boyutunda homojen şekilde dağılmasıyla, en az iki farklı maddeden gelen karışımlara çözelti denir. Bu olaya da çözünürlük denir. Uyarı: buzlu su çözelti değildir. Çözeltilerde iki bileşen vardır Çözen+Çözünen=Çözelti Çözen:genelde miktarca fazla olana yada ortamın fazını belirleyen maddeye çözen denir. Çözünen:Genelde miktarca az olana çözünen denir. Tuz + su = tuzlu su Çözelti türleri: 1-fiziksel hallerine göre çözeltiler 2-derişimlerine göre çözeltiler 3-çözünürlüklerine göre çözeltiler 4-elektrik iletkenliklerine göre çözeltiler 1-fiziksel hallerine göre çözeltiler: Çözen + Çözünen …………….Çözelti Sıvı katı tuzlu su ,şekerli su Sıvı sıvı alkollü su,sirke,kolonya 13 malzemebilimi.net malzemebilimi.net Sıvı gaz kola,gazoz Gaz katı duman Gaz sıvı sis, Gaz gaz atmosfer Katı katı alaşımlar (pirinç=Cu+Zn, Tunç=Cu+Sn lehim=Pb+Sn) Katı sıvı nemli tuz Katı gaz Pd+hidrojen gazı 2-Derişimlerine göre çözeltiler: A-Derişik Çözelti:bir çözücü içerisinde çok miktarda madde çözünmüşse buna derişik çözelti denir. B-Seyreltik Çözelti: bir çözücü içerisinde az miktarda madde çözünmüşse buna seyreltik çözelti denir. 3-Çözünürlüklerine göre çözeltiler: A-Doymuş Çözelti:Bir çözücü içerisinde çözebileceği kadar madde çözmüş ise artık madde çözemez hale gelmiş ise bu tür çözeltilere doymuş çözelti denir. B-Doymamış Çözelti:Bir çözücü içerisinde çözebileceğinden daha az madde çözmüş ise bu tür çözeltilere doymamış çözeltiler denir. C-Aşırı Doymuş Çözelti:Bir çözücü içerisinde çözebileceğinden daha az madde çözmüş ise buna aşırı doymuş çözelti denir. Bir maddenin yüksek sıcaklıkta çözeltisi hazırlanıp soğutulursa aşırı doymuş çözelti elde edilir aşırı doymuş çözeltiler kararsızdır. Kristallenirler. Uyarı:Bir doymuş çözelti derişik ve seyreltik olabilir. Bir doymamış çözelti de derişik ve seyreltik olabilir. Yani her doymuş çözelti derişik çözelti değildir. Örnek: 20 derecede 100 ml su içerisinde; 144 gr KI çözünerek doymuş hale gelirken, 0,068 gr PbI₂ çözünerek doymuş hale gelebilmektedir. Bu örnekte her iki çözeltide doymuş haldedir. Ancak birinci çözelti derişik doymuş, ikinci çözelti ise seyreltik doymuş haldedir. 4-Elektrik iletkenliklerine göre çözeltiler: 14 malzemebilimi.net malzemebilimi.net A-Elektrolit çözeltiler:Elektrik akımını ileten çözeltilere elektrolit çözeltiler denir. Ör: tuzlu su, asitli su, bazlı su, sirkeli su, limonlu su kireçli su vs. B-Elektrolit olmayan çözeltiler: elektrik akımını iletmeyen çözeltilere elektrolit olmayan çözeltiler denir. Ör:alkollü su, şekerli su, çamurlu su, nişastalı su vs Uyarı: Bir çözeltinin elektrik akımını iletmesi için sıvıda çözünen maddenin iyonlarına ayrışması gerekir. Eğer sıvıda çözünen madde iyonlarına ayrışmadan moleküller halde çözünüyorsa bu tür çözeltiler elektrik akımını iletmezler. ÇÖZÜNÜRLÜK: 100 ml=100 cm³= 100 gr suda belirtilen sıcaklıkta çözünebilen maksimum madde miktarına çözünürlük denir. Bu çözeltiler doymuştur. Belli sıcaklıkta 100 gr suda her madde farklı miktarlarda (gr) çözünür. Bazı çözünme olayları endotermik bazıları ise ekzotermiktir. 0000000 verilen 0000000 + ısı 0 0 0 0 0 0 0 0 = 0 0 0 0 0 0 0 0 0000000 0 0 0 0 0 0 0 0 Çözen (su) madde çözmeye hazır OOOOO verilen O O O O O OOOOO + ısı = O O O O O OOOOO O O O O O Çözünen (tuz) çözünmeye hazır Bu iki maddeyi karıştırırsak 0 0 0 0 0 0 0 0 O O O O O 0O0O0O0O0O0 0 0 0 0 0 0 0 0 + O O O O O = O0O0O0O0O0O +ISI (açığa çıkan ısı) 0 0 0 0 0 0 0 0 O O O O O 0O0O0O0O0O0 15 malzemebilimi.net malzemebilimi.net çözen-su çözünen-tuz çözelti-tuzlusu verilen ısı > aşığa çıkan ISI ise çözünme olayı endotermiktir. verilen ısı < açığa çıkan ISI ise çözünme olayı ekzotermiktir. Endotermik çözünme olaylarında sistem soğur Ekzotermik çözünme olaylarında sistem ısınır. Çözünürlüğe Etki Eden Faktörler: 1-sıcaklık: gazların sıvılardaki çözünürlüğü sıcaklıkla azalır katıların sıvılardaki çözünürlüğü genellikle sıcaklıkla artar 2-basınç: Gazların sıvılardaki çözünürlüğü basınçla artar katıların sıvılardaki çözünürlüğü basınçla değişmez 3-çözücü cinsi: her çözücü her maddeyi çözmez 4-çözünen cinsi: her çözünen her çözücüde çözünmez Çözünme Hızına Etki Eden Faktörler: 1-sıcaklık 2-Gazlarda basınç 3-katılarda karıştırmak ve çalkalamak 4-katılarda çözüneni küçük parçalara ayırmak 5-çözücü ve çözünen cinsi Örnek1: pudra şeker, toz şeker ve küp şekeri 40 derecede çözünürlüklerini ve çözünme hızlarını karşılaştırınız. Örnek2: kola üreten bir fabrikada en verimli üretim yapabilmek için sıcaklık ve basınç şartları nasıl ayarlanmalıdır? 16 malzemebilimi.net malzemebilimi.net Örnek3: Şekil-1 şekil-2 şekil-3 şekil- 4 Basınç=2 atm basınç=0,5atm Sıcaklık=40℃ sıcaklık=80℃ basınç=1 atm basınç= 1atm sıcaklık=60℃ sıcaklık=80℃ Yukarıdaki şekilde belirtilen kaplarda su ve amonyak gazları belirtilen şartlarda bulunmaktadır. Amonyakın bu kaplardaki çözünürlüklerini karşılaştırınız. Polar ve Apolar Maddeler: Bazı madde moleküllerinin elektronik yapısı homojen değildir. Bu tür maddeler polar/kutuplu özellik gösterir. H₂O, HCl, NH₃ gibi . Bazı maddelerin elektronik yapısı ise homojen özellik gösterir. Bu tür maddelere Apolar/kutupsuz maddeler denir. CH₄, CO₂, CCl₄ gibi. ELEMENTLER VE BİLEŞİKLER Elementler ve bileşikler hakkında daha önce genel bilgi vermiştik. Suyun elektrolizi yöntemiyle oksijen ve hidrojen gazlarına ayrıştığını öğrenmiştik. Oksijen ve hidrojen gazları ise, hiçbir kimyasal yöntemle başka basit maddelere ayrıştırılmadığını öğrendik. Hiçbir kimyasal ayırma yöntemiyle kendinden daha basit maddelere ayrıştırılamayan saf maddelere element, kendinden daha basit maddelere ayrıştırılabilenlere bileşik denir. Bazı elementlerin kullanım alanları aşağıda verilmiştir. Elementin adı Kullanım alanı Altın Süs eşyası yapımında, alaşım eldesinde, uzay teknolojisinde uydu ve roket sistemleri Alüminyum Otomobil, elektrik ve kimya sanayinde,mutfak araçlarının,elektrik ev aletleri,gemilerde 17 malzemebilimi.net malzemebilimi.net Bakır Cıva Çinko Helyum Hidrojen İyot Kurşun Titan Platin Elektrik kablolar,mutfak araçları,elektronik aletlerin devrelerinde Termometre,barometre,cıva buharlı lamba yapımında Boyar madde, antiseptik alaşımlarda, çatı kaplamalarda, otomobil sanayinde,kaplama Uçan balonlarda, Omonyağın eldesinde,metil alkol üretiminde ve margarin yapımında Antiseptik olarak kullanılan tentürdiyot yapımında potasyum tuzu ile gümüş tuzu üret Kaplamacılıkta elektrik tesisatında boya yapımında Mermi parçalarının güdümlü mermi tepkili uçak gövdelerinin yapımında Kimya sanayinde ve laboratuarlarda kullanılan pota kapsül elektrot gibi araçlar,kuyumculukta cerrahide diş protezlerinde Canlılığın devamı için oksijen Demir Elementler tek tür atomlardan oluşmuş, saf maddelerdir elemenler katı sıvı ve gaz halinde bulunabilirler. Elementler fiziksel ve kimyasal özellikleri bakımından iki gruba ayrılır. 1-metaller demir 2-ametaller karbon oksijen hidrojen vs Elementler ve sembolleri Günümüzde bilinen 112 tane element olduğunu daha önceki derslerimizde öğrenmiştik. Ayrıca bu elementlerin değişik şekillerde bir araya gelerek on milyondan fazla bileşiği meydana getirdiğini biliyoruz. Nasıl ki matematikte sayılarla işlem yapabilmek için rakam denilen işaretlere ihtiyacımız varsa, onluk sistemde 10 tane rakam kullanarak milyonlarsa sayı türetip bunlarla rahatça işlem yapabiliyorsak kimyada da 112 tane elementten 10 milyondan fazla bileşiği oluşturup onları isimlendirmek ve işlem yapabilmek için elementlerin sembollerini ihtiyacımız vardır. Daha önceki yıllarda bilinen elementlerin sayısı azken elementlerin sembolleri yerine çeşitli şekiller ve işaretler kullanılmaktaydı. Keşfedilen elementlerin sayısı arttıkça şekilleri kullanmak ve işlem yapmak zorlaştı. Bilim adamları şekiller yerine elementlerin sembollerini kullanmayı tercih ettiler. Elementlerin sembolleri oluşturulurken genelde Latince isimleri esas alındı. Sembole esas olan isminin baş harfi büyük olarak yazılarak sembolize edilir. Ancak aynı isimle başlayan birden fazla element olması halinde uygun Bilinen bir ortaadı harf baş harfin yanına küçük olarak yazılması uygun görüldü. Sıra Fransızca Sem- no 1 2 3 4 5 6 7 latince ingilizce Almanca bolü Ag Al Ar As At Au Gümüş Alüminyum Argon Arsenik Astatin Altın 18 malzemebilimi.net malzemebilimi.net 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 B Ba Be Br C Ca Cd Cl Co Cr Cs Cu F Fe Fr H He Hg I K Kr Li Mg Mn N Na Ne Ni O P Pb Pd Pt Rb S Sb Si Sn Sr W Xe Zn Bor Baryum Berilyum Brom Karbon Kalsiyum Kdmiyum Klor Kobalt Krom Sezyum Bakır Flor Demir Fransiyum Hidrojen Helyum Cıva İyot Potasyum Kripton Lityum Magnezyum Mangan Azot Sodyum Neon Nikel Oksijen Fosfor Kurşun Palladyum Platin Rubidyum Kükürt Antimuan Silisyum Kalay Stransiyum Wolfram Ksenon Çinko Boron Bromine Carbon Brome Carbone Brom Kohlenstoff Chlorine Chlore Chlor Flourine Flour Flour Hidrogene Wasserstoff Iodine Potassium Iode Potassium Jod Kalium Nitrogenium Nitrogen Sodium azote Sodium stickstoff Natrium oxygenium oxygen oxygene sauerstoff Plumbum Lead Plomp Blei Sulfur sulpur Soufre Schwefel Stannum Tin Etain Zinn Hydrogenium Hyrogen ATOMUN YAPISI Elementlerin tüm özelliğini gösteren en küçük parçasına atom denir. Atomu oluşturan parçacıklar farklı yüklere sahiptir. Atomda bulunan yükler; negatif yükler ve pozitif yüklerdir. Atomu oluşturan parçacıklar: 19 malzemebilimi.net malzemebilimi.net * Cisimden cisme elektrik yüklerini taşıyan negatif yüklü elektron, * Elektronların yükünü dengeleyen aynı sayıda ama pozitif yüklü olan proton, * Elektrik yükü taşımayan nötr parcacık nötron. Atom iki kısımdan oluşur : 1-Çekirdek (merkez) ve 2-Katmanlar (yörünge; enerji düzeyi) Çekirdek, hacim olarak küçük olmasına karşın, atomun tüm kütlesini oluşturur. Çekirdekte proton ve nötronlar bulunur. Elektronlar ise çekirdek çevresindeki katmanlarda bulunur. Tanecik Sembol Elektrik Kütle (kg) adı yükü 1,6725.10+ Proton P+ 27 kg 9,107.10Elektron e31 kg 1,6748.100 Nötron n0 27 kg Elektronların çekirdek etrafında dönme hızı, 2,18.108 cm/sn’dir. Elementlerin Çekirdekte bulunan protonlar, atomun ( o elementin) tüm kimyasal ve fiziksel özelliklerini belirler. Proton sayısı atomlar (elementler) için ayırt edici özelliktir. Yani proton sayısının farklı olması elementin diğerinden farklı olduğu anlamına gelir. Elektronların bulunma olasılığının olduğu bölgelere elektron bulutu denir. Kimyasal olaylarda (reaksiyonlarda) yalnızca elektron sayısı değişir. Proton ve nötron, çekirdekte bulunduğu için sayıları değişmez. Nötr bir atom için; elektron sayısı= proton sayısı (A.N.) Atom numarası= proton sayısı Çekirdek yükü= proton sayısı İyon yükü= proton sayısı – elektron sayısı (E.S.) (K.N.) Kütle numarası= proton + (N.S)nötron sayısı (Nükleon sayısı)(atom ağırlığ Atom Numarası = Proton Sayısı = Çekirdek Yükü = Elektron Sayısı İzotop atom: Proton sayıları (atom numaraları)aynı, nötron sayıları farklı olan atomlara denir. İzotop atomların kimyasal özellikleri aynı (p aynı) , fiziksel özellikleri farklıdır (n farklı). Nötr halde bulunmayan, iyon halindeki izotop atomların hem fiziksel, hem kimyasal özellikleri farklıdır. ÖZELLİKLERİ: 1.Elementlerin özelliğini taşıyan en küçük yapıtaşlarıdır. 20 malzemebilimi.net malzemebilimi.net 2. Atomlar fiziksel ve kimyasal yöntemlerle daha basit birimlerine ayrıştırılamazlar. (Ancak nükleer yöntemlerle parçalanabilirler.) 3. Atomlar çekirdek ve yörüngelerden oluşmuşlardır. Çekirdekte proton ve nötronlar; yörüngelerde de, elektronlar bulunur. 3. Atomun kütlesi, çekirdeğin kütlesine eşittir. Elektronların kütleleri çok küçük olduğumdan ihmal edilir. 4. Bir elementi oluşturan tüm atomların, proton sayıları, dolayısıyla kimyasal özellikleri, bir birinin aynıdır. 6. Bir elementi oluşturan tüm atomların, nötron sayıları, dolayısıyla fiziksel özellikleri, bir birinin aynı olmaya bilir. (Bu tür atomlara izotop atomlar denir. PROTON: Atomun çekirdeğinde bulunan, + yüklü taneciklere denir. Özellikleri: 1. Atomun çekirdeğinde bulunurlar. 2. + yüklü taneciklerdir. (Atomun çekirdek yükünü belirler. ) ( Ps=Çy ) 3. Atomun cinsini belirler. (Ps=An) 4. Nötr atomlarda, elektron sayısına eşittir. (Ps=An=Çy=Es) 5. Atomun kütlesine etki ederler. Hey millet, ben Helyumum. Çünkü, benim 2 protonum var NÖTRON: Atomun çekirdeğinde bulunan yüksüz taneciklere denir. Özellikleri: 1.Atomun çekirdeğinde bulunurlar. 2.Yüksüz taneciklerdir. (Atomun çekirdek yüküne etki etmezler.) 3.Atomun kimyasal özelliklerine, etki etmezler. 4.Atomun kütlesine etki ederler. ELEKTRON: Atomun çekirdeğinin etrafında hareket eden - yüklü taneciklere denir. Özellikleri: 1.Atomun çekirdeğinin etrafında hareket ederler. 2. – yüklü taneciklerdir. (Atomun yüküne etki ederler.) 3.Bilhassa değerlik elektronları, atomun kimyasal özelliklerine etki eder. 4. Nötr atomlarda Ps = Es dır. 5. Atomun kütlesine etkileri ihmal edilir. 21 malzemebilimi.net malzemebilimi.net · ATOM ve YAPISI Elementin özelliğini taşıyan en küçük parçasına denir. Atom Numarası Bir elementin unda bulunan proton sayısıdır. Protonlar (+) yüklü olduklarından pozitif yük sayısı ya da çekirdek yükü şeklinde ifade edilebilir. Atom numarası = Proton sayısı = Çekirdek yükü Kütle Numarası = Proton sayısı + Nötron sayısı eşitliği yazılabilir. Nötr (yüksüz) bir için, çekirdekte kaç proton varsa çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde de o kadar elektron dolaşır. İYON (+) veya (–) yüklü ya da gruplarına iyon denir. elektron verirse (+) yüklü iyon oluşur ve katyon olarak isimlendirilir. elektron alırsa (–) yüklü iyon oluşur ve anyon olarak isimlendirilir. Bir X atomu için; gösterilir. Buradan nötron sayısı, elektron sayısı bulunabilir. İZOTOP 22 malzemebilimi.net malzemebilimi.net Atom numaraları aynı kütle numaraları farklı olan atomlara izotop atomlar denir. birbirinin izotopudur. İzotop atomların kimyasal özellikleri aynıdır. Fiziksel özellikleri farklıdır. İzotop iyonların elektron sayıları farklı ise kimyasal özellikleri de farklıdır. ALLOTROP Kimyasal özellikleri aynı (aynı dan oluşmuş), fiziksel özellikleri (renk, kaynama noktası, erime noktası, uzaydaki dizilişleri v.s.) farklı olan maddelere allotrop maddeler denir. Elmas, grafit, amorf karbon, üç madde de yapısında yalnızca karbon (C) u içerir. Fakat uzaydaki dizilişleri ve bağların sağlamlığı farklı olan maddelerdir. O2 gazı ve O3 (Ozon) gazı birbirlerinin allotropudur. Allotrop için bilinmesi gereken en önemli özellik ise; Allotrop maddeler bir başka madde ile reaksiyona girdiklerinde aynı cins ürünler oluşur. 2Ca + O2 ® 2CaO 3Ca + 2/3 O3 ® 2CaO gibi. Modern Teorisi Elektron dalga özelliği göstermektedir. Atomdaki elektronun aynı anda yeri ve hızı bilinemez. Elektronların bulunma ihtimalinin fazla olduğu küre katmanları vardır ve bu katmanlara orbital denir. ELEKTRONLARIN DİZİLİŞİ Pauli Prensibi Elektronlar yörüngelere yerleştirilirken; 2n2 formülüne uyarlar. (n : yörünge sayısı, 1,2,3 ………. gibi tamsayılar) Son yörüngede maksimum 8 elektron bulunur. Buna göre, her yörüngedeki elektron sayısı: 1. yörünge: 2.12 = 2 elektron 2. yörünge: 2.22 = 8 elektron 3. yörünge: 2.32 = 18 elektron 4. yörünge: 2.42 = 32 elektron alır. 23 malzemebilimi.net malzemebilimi.net Elektronik konfigürasyon Bir atomun elektronlarının hangi yörüngede olduğu ve orbitallerinin cinsinin belirtildiği yazma düzenine Elektronik konfigürasyon denir. n : Baş kuant sayısı olup 1, 2, 3, … gibi tam sayılardır. Elektronun hangi yörüngede olduğunu belirtir. l: Yan kuant sayısı olup, orbital adı olarak bilinir, s, p, d, f gibi harflerle anılır. Elektronlar önce düşük potansiyel enerjili orbitallere yerleşirler. Dört değişik enerji düzeyi vardır. s : Enerji seviyesi en düşük orbitaldir. 2 elektron alabilir. p : s orbitalinden sonra elektronlar p orbitallerine yerleşir. px , py , pz olmak üzere 3 tanedir. p orbitalleri toplam 6 elektron alabilir. d: 10 elektron alır ve toplam 5 tanedir. p orbitallerinden sonra elektronlar d orbitallerine yerleşirler. f: f orbitalleri toplam 14 elektron alır ve 7 tanedir. Enerji düzeyi en yüksek olan orbitaldır. Yörünge Sayısı (n) 1………. 2. ……… 3. ……… 4. ……… 2 Yörüngedeki orbital sayısı(n ) 1 (1 tane s) 4 (1 tane s, 3 tane p) 9 (1 tane s, 3 tane p, 5 tane d) 16 (1 tane s,3 tane p, 5 tane d, 7 tane f) Yörüngedeki elektron sayısı 2 (2n ) 2 8 18 32 24 malzemebilimi.net malzemebilimi.net Bir atomun elektronları yörüngelere yerleştirilirken okların sırası takip edilir. Bunlar bu sıra ile yazılırsa aşağıdaki gibi olur. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 Peryot Dizilişi yapılan elementin en son yazılan s orbitalinin başındaki sayıya periyot denir. Grup :Son yörünge orbitalleri s ve p ile bitiyorsa A grubu, d ve f ile bitiyorsa B grubu elementidir. A grupları son yörüngelerindeki s ve p orbitallerindeki elektronların toplamıyla bulunur. X: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 dizilişine göre atom 3. periyot, 8A grubundandır. PERİYODİK TABLO Elementlerin atom numaralarına göre belirli bir kurala uyarak sıralanması ile periyodik cetvel oluşur. Periyodik cetvelde yatay sıralara periyot, düşey sıralara grup denir. Periyodik cetvelde 7 tane periyot, 8 tane A grubu, 8 tane B grubu vardır. 8B grubu 3 tanedir. Her periyot kendine ait olan s orbitali ile başlar p orbitali ile biter. Diğer bir ifade ile 1A grubu ile başlayıp 8A grubu ile sona erer. 25 malzemebilimi.net malzemebilimi.net A grubu elementleri s ve p bloğunda, B grubu elementleri d ve f bloğunda bulunurlar. B grubu elementlerine geçiş elementleri denir. Bunların tamamı metaldir. Periyodik cetvelde A grubu elementlerinin özel isimleri vardır. Periyodik cetvelde aynı grupta bulunan elementlerin değerlik elektron sayıları aynı olduğundan benzer kimyasal özellik gösterirler. METAL-AMETAL ve SOYGAZ’IN ÖZELLİKLERİ Metal Ametal 1. Grup numarası 1A,2A, 1. Grup numarası 5A 3A, ve B gruplarında ,6A,7A, olanlar bulunan elementler ametaldir. metaldir. 2. Soy gaza benzeme yani 2. Kendilerini soy gaza son yörüngelerindeki benzetmek için son elektronları 8′e yörüngelerindeki tamamlamak için elektronları vererek elektron alarak(-) (+)değerlik değerlik alılar. alırlar.1A(+1), 2A (+2) Soygaz 1. Grup Numarası 8A olanlar soy gazdır. 2. Kararlıdırlar, elektron alış-verişi yapmazlar. 3. Bileşik yapmazlar 4. Orbitalleri doludur. 5. Tabiatta tek atomlu gaz halinde bulunurlar. Kesinlikle (-) değer 26 malzemebilimi.net malzemebilimi.net almazlar. 5A(-3),6A,(-2)7A(-1)… 1. Kendi aralarında bileşik oluşturmazlar. Ametallerle bileşik oluştururlar. 2. İndirgen özellik gösterirler. 3. Tel ve Levha haline gelebilirler. 4. Elektrik akımını iletirler. 5. Tabiatta genellikle katı halde bulunurlar. Fakat(+) değerlik alabilirler. 1. Kendi aralarında ve metallerle bileşik oluştururlar. 2. Yükseltgen özellik gösterirler. 3. Tel ve levha haline gelmezler. 4. Elektirik akımını iletmezler. 5. Tabiatta genelde gaz ve çift atomlu moleküller halinde bulunurlar. (F2,N2,02…) · BİLEŞİK OLUŞUMU a. Metal + Ametal b. Ametal + Ametal Metaller son yörüngelerindeki elektronları vererek (+) değerlik alırlar. Ametaller ise son yörüngedeki elektronları 8′e tamamlamak için elektron alarak (-) değerlikli olurlar. Bileşik formülünü bulabilmek için öncelikle bileşiği oluşturacak elementlerin değerlikleri tespit edilir. Bu değerlikler en küçük katsayılar şeklinde çaprazlanır. En genel ifadesi ile X+m ile Y-n iyonu XnYm Bileşiğini oluşturur. Bileşiği oluşturan atomların her ikisi de ametal olduğunda farklı bileşik formülleri oluşabilir. ATOM ve İYON ÇAPI (HACMİ) Peryot numarası (yörünge sayısı) arttıkça atom hacmi büyür. Grup numarası arttıkça atom hacmi küçülür. Çünkü yörünge sayısı aynı kalmakta fakat çekirdek yükü ve çekirdeğin elektronları çekme gücü artmaktadır. Bir atom ya da iyon elektron aldıkça çapı büyür, elektron verdikçe çapı küçülür. Örneğin; X atomunun hacmi X-n iyonunun hacminden küçük, X+n iyonunun hacminden büyüktür. Örnek – 1 27 malzemebilimi.net malzemebilimi.net 6C, 14Si, 3Li atomlarının çaplarını karşılaştırınız? Çözüm Periyot numarası büyük olanın çapı en büyük olduğundan Si çapı en büyüktür. 6C, ile 3Li aynı periyotta olduğundan, grup numarası (proton sayısı) arttığı için çekirdek çekimi büyük olanın çapı küçük olacağından 3Li çapı 6C nun çapından büyüktür. Sonuç olarak çaplar arasında Si > Li > C ilişkisi vardır. İYONLAŞMA ENERJİSİ Gaz halindeki bir atomdan bir elektron koparmak için verilmesi gereken enerjiye iyonlaşma enerjisi (1. iyonlaşma enerjisi) denir. 2′inci elektronu koparmak için verilen enerjiye 2. iyonlaşma enerjisi denir. 3′üncü elektronu koparmak için verilen enerjiye 3. iyonlaşma enerjisi denir. Herhangi bir atom için daima 1.i.E < 2.i.E < 3.i.E …geçerlidir. Yani bir sonraki elektronu koparmak daha fazla enerji gerektirir. Periyot numarası arttıkça iyonlaşma enerjisi azalır. Gruplarda iyonlaşma enerjisi sıralaması, 1A < 3A < 2A < 4A < 6A < 5A < 7A < 8A şeklindedir. Örnek – 2 Bir X atomu için; X(g) ® X+2(g) + 2e–X+1(g) ® X+2(g) + e– DH = 340 k.kal.DH = 215 k.kal. X+1(g) ® X+3(g) + 2e– DH = 625 k.kal. Verildiğine göre X atomunun 1. iyonlaşma enerjisi, 2. iyonlaşma enerjisi ve 3. iyonlaşma enerjisi değerleri kaçtır? Çözüm 28 malzemebilimi.net malzemebilimi.net 1. denklem: 2 elektronu uzaklaştırmak için verilen enerjidir. Yani 1. ve 2. iyonlaşma enerjileri toplamıdır. 2 elektronu koparmak için toplam 340 k.kal enerji harcanmıştır. 215 kkal. 2′inci elektronu uzaklaştırmak için verilen enerji olduğuna göre 2. iyonlaşma enerjisi 215 k.kal’dir. O zaman 340 – 215 = 125 k.kal 1. iyonlaşma enerjisidir. 625 k.kal. X atomunun 1 elektronu uzaklaşmış durumundan 2e– daha uzaklaştırmak için gereken enerjidir. (Yani: 2. ve 3. iyonlaşma enerjileri toplamıdır.) 2. İ.E = 215 k.kal olduğuna göre; 3. iyonlaşma enerjisi = 625 – 215 = 410 k.kal dir. 29 malzemebilimi.net malzemebilimi.net ELEKTRON İLGİSİ Gaz halindeki nötr bir atomun elektron yakalamasıyla açığa çıkan enerjidir. Açığa çıkan enerji ne kadar büyük ise elektron ilgisi o kadar fazladır.X(g) + e– ® X–(g) + Enerji Periyodik cetvelde 7A grubu elementlerinin elektron ilgisi en büyüktür. Metallerin ve soy gazların elektron ilgileri yok kabul edilir. KİMYASAL BAĞLAR Bileşiğin en küçük parçası olan ve en az iki atomun birleşmesinden meydana gelen kararlı yapı 30 malzemebilimi.net malzemebilimi.net moleküldür. Moleküldeki atomları bir arada tutan kuvvet ise kimyasal bağlardır. Kimyasal bağlar ikiye ayrılır. 1. İyonik bağ 2. Kovalent bağ İYONİK BAĞ Metallerle ametaller arasında meydana gelen bağlardır. Metaller elektron vererek (+) yüklü iyon, ametaller elektron alarak (-) yüklü iyon oluştururlar. Bu zıt yüklü iki iyonun birbirlerini coulomb çekim kuvveti ile çekmesinden iyonik bag oluşur. Örnek olarak NaCI bileşiğinde Na atomunun iyonlaşma enerjisi küçük olduğundan 1 tane değerlik elektronunu vererek (+1) yüklü iyon, klor ise Na atomunun verdiği elektronu alarak (1) yüklü iyon oluşturur. Bu iki iyonun birbirini coulomb çekim kuvveti ile çekmesi sonucu NaCI bileşiği oluşur ve meydana gelen bağ iyonik bağdır. iyonik bağ oluşurken metal ve ametal ne kadar aktifse bağ o kadar sağlam olur. Örnek – 3 13Al ve 16S atomları arasında oluşan bileşiğin 1 molekülü için: I. Al atomları toplam 6 elektron verir. II. S atomları toplam 3 elektron verir. III. Al2S3 iyonik bileşiği oluşur. hangileri doğru olur? A) Yalnız I B) Yalnız III D) II ve III C) I ve III E) I, II ve III Çözüm Al ve S atomlarının elektronlarının dizilişi Al: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 S: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 şeklindedir. Al atomunun son yörüngesinde 3 elektron, S atomunun son yörüngesinde 6 elektron vardır. Al metal, S ametaldir. Al ve S atomu arasında oluşan bileşik (Al+3 ve S-2 iyonlarının yükleri çaprazlanırsa) Al2S3olarak bulunur. Oluşan bileşik iyonik bileşiktir. Al2S3 bileşiğinde 2 tane Al atomu vardır. 1 tane Al atomu 3 elektron verdiğinden 2 tane Al atomu 6 elektron verir. 3 tane S atomu 6 elektron alır. 31 malzemebilimi.net malzemebilimi.net Buna göre I ve III dogru, II yanlıştır. Cevap C’ dir. KOVALENT BAĞ Ametallerin (C, N, P, S, O, H, F, CI,Br, I) kendi aralarında elektron ortaklığı ile oluşturdukları bağdır. Örnek olarak hidrojen molekülü arasındaki bağı incelersek; Hidrojenin atom numarası 1 olduğundan, 1 tane elektronu vardır. Bu elektron 1s orbitalinde bulunmaktadır. ıki hidrojen atomundaki birer elektronun etkileşmesinden H2molekülü oluşur, aradaki bağ kovalent bağdır. Hidrojen molekülü H· ·H veya H–H şeklinde gösterilir. Aynı cins ametal atomları arasında oluşan kovalent bağ apolar, farklı cins ametal atomları arasında oluşan kovalent bağ polardır. H2 molekülündeki H – H bağı apolar, HCl molekülündeki H – Cl bağı polardır. Periyodik Cetvel Konu Anlatımı Bugünkü anlama yakın periyodik sistem, 1869 yılında Rus kimyacısı Dimitri Mendeleyev tarafında yapılmıştır. 1877 yılında Alman bilgini Lothar Meyer de Mendeleev''den habersiz olarak bir periyodik cetvel yapmıştır. Bu iki cetvel hemen hemen birbirinin aynıdır. Meyer; elementleri, cetvelinde fiziksel özelliklerine göre sıralamış, Mendeleev ise elementlerin atom kütlelerini dikkate alarak artan atom kütlelerine göre cetvelinde sıralamıştır. Maddenin temel birimi atomlar. Tek bir cins atomdan oluşmuş, kimyasal tekniklerle ayrıştırılamayan ya da farklı maddelere dönüştürülemeyen saf maddelereyse "element" adı veriliyor. Dünya üzerinde bilinen elementlerin belirli bir şekilde yerleştirildiği sistem, periyodik tablo olarak adlandırılıyor. Bağıl Atom Kütlesi Bir elementin, atom kütle birimi (atomic mass units: amu) cinsinden ortalama kütlesini belirtir. Bu rakam, sıklıkla elementin izotoplarının da ortalama kütlesini belirttiği için, ondalıklı bir sayıdır. Bir elementin bağıl atom kütlesinden atom numarasının (proton sayısının) çıkarılmasıyla, o elementin nötron sayısı bulunabilir. Atom Numarası Bir atomda bulunan proton sayısı, elementi tanımlar ve atom numarası olarak adlandırılır. Atomda bulunan proton sayısı aynı zamanda, elementin kimyasal karakteri hakkında d a bilgi verir. Periyodik tabloda sıklıkla karşılaşılan görünüm, yandaki gibidir. Burada, element simgesinin altında verilen “bağıl atom kütlesi”, proton ve nötron sayısının toplamına eşittir. Element simgesinin üstünde verilen atom numarası da, proton sayısına eşit olduğuna göre, bu iki sayının farkı bize elementin nötron sayısını verir. Örnek: Kalsiyumun (Ca) nötron sayısı: Bağıl atom kütlesi – Atom numarası = 40 - 20= 20′dir. Bu gösterim, periyodik tablonun dışında, örneğin herhangi bir anlatımda elementin adı geçerken de kullanılabilir. Bazı durumlarda, bu iki değerin yeri tam tersi şekilde (atom numarası altta, bağıl atom kütlesi üstte) de olabilir. Ek olarak, simgenin sağ tarafında, elementin + ya da – yükü de gösterilebilir. Element Simgesi: Her ele mente ait bir ya da iki harften oluşan simgelerin, uluslararası geçerliliği vardır. Elektron Dizilimi: Uyarılmamış bir atomdaki elektronların konumlarını gösterir. 32 malzemebilimi.net malzemebilimi.net Kimyabilimciler, temel fizik bilgilerine dayanarak, atomların elektron dizilimlerine göre nasıl davranabilecekleri konusunda fikir yürütebilirler. Bir elementin periyodik tablodaki yerine bakarak, o elementin elektron dizilimi de anlaşılabilir. Aynı grupta (dikey sırada) yer alan elementlerin elektron dizilimleri büyük benzerlik gösterir ve bu nedenle de kimyasal tepkimelerde benzer şekilde davranırlar. Yükseltgenme basamağı (sayısı): Bir elementin, bileşiklerinde alabileceği değerliklerdir. İngilizce’deki “oxidation state” kullanımına karşılık gelmektedir. Periyodik tabloda yer alan elementler, gözterdikleri belirli ortak özelliklere göre gruplar halinde inceleniyor. Bu gruplar hakkında kısaca bilgi vermek gerekirse: 1- Alkali Metaller: Periyodik tablonun ilk grubunda (dikey sırasında) yer alan metallerdir. Fransiyum dışında hepsi, yumuşak yapıda ve parlak görünümdedir. Kolaylıkla eriyebilir ve uçucu hale geçebilirler. Bağıl atom kütleleri arttıkça, erime ve kaynama noktaları da düşüş gösterir. 2- Toprak Alkali Metaller: Periyodik tablonun baştan ikinci grubunda (dikey sırasında) yer alan elementlerdir. Sıklıkla beyaz renkli olup, yumuşak ve işlenebilir yapıdadırlar. Alkali metallerden daha az tepken (tepkimelere girmeye eğilimli) karakterde olmalarının yanında, erime ve kaynama sıcaklıkları da daha düşüktür. İyonlaşma enerjileri de alkali metallerden daha yüksektir. 3- Geçiş metalleri: Sertlikleri, yüksek yoğunlukları, iyi ısı iletkenlikleri ve yüksek erime -kaynama sıcaklıklarıyla tanınırlar. Özellikle sertlikleri nedeniyle, saf halde ya da alaşım halinde yapı malzemesi olarak kullanılırlar. Geçiş elementlerinin hepsi, elektron dizilimlerinde, en dışta her zaman d orbitalinde elektron taşırlar. Tepkimelere giren elektronlar da, d orbitalindeki elektronlardır. Geçiş metalleri sıklıkla birden fazla yükseltgen me basamağına sahiptir. 4- Lantanidler: Geçiş metallerinin bir alt serini oluştururlar ve toprakta eser miktarda bulunmaları nedeniyle, “nadir toprak elementleri” olarak da isimlendirilirler. En önemli ortak özellikleri, elektron değişiminin yalnızca 4f orbitaline elektron katılımıyla gerçekleşmesidir. Özellikle +3 değerlikli hallerinde, birbirlerine çok benzeyen özellikler gösterirler. 5- Aktinidler: Bu elementlerin en önemli ortak özelliği, elektron katılımının 5f orbitalinde gerçekleşmesidir. Geçiş metallerinin bir alt serisi konumundadırlar ve doğada çok ender bulunabilirler. 6- Transaktinidler: Aktinidleri takip eden elementlere bu ad verilir. Uranyumdan daha büyük olan bu elementler, yalnızca nükleer reaktörlerde ya da parçacık hızlandırıcılarda e lde edilebilirler. Geçiş elementlerinin bir alt bölümüdürler. 7- Ametaller: Metal özelliği göstermeyen elementlerdir. Metaller çözeltilerde katyonları (pozitif yüklü iyonları) oluştururken, ametaller anyon (negatif yüklü iyon) oluşturma eğilimindedir. Metallerin aksine iyi iletken değillerdir ve elektronegatiflikleri çok yüksektir. 8-Halojenler: 33 malzemebilimi.net malzemebilimi.net Periyodik tablonun 7A grubunda bulunan, tepkimeye eğilimli ametallerdir. Bu gruptaki elementlerin hepsi elektronegatiftir. Elektron alma eğilimi en yüksek olan elementlerdir. Doğada sert olarak değil, mineraller halinde bulunurlar. Element halinde 2 atomlu moleküllerden oluşurlar. Oda koşullarında flor ve klor gaz, brom sıvı, iyotsa katı haldedir. 9-Soy gazlar: Periyodik tablonun en son grubunu oluşturan, tümü tek atomlu ve renksiz gaz halinde bulunan elementlerdir. En dış yörüngeleri elektronlarla tamamen dolu olduğu için son derece kararlıdırlar ve tepkimelere eğilimleri de çok düşüktür. Bu davranışları nedeniyle de “soy gaz” adını almışlardır. Atmosferde bulunurlar ve sıvı havanın damıtılmasıyla elde edilirler. İlk keşfedilen soy gaz, hidrojenden sonra en hafif element olan helyumdur. 34 malzemebilimi.net
