Download - GENEL KİMYA II Bilecik Üniversitesi 2014
GENEL KİMYA II
Bilecik Üniversitesi 2014
GENEL KİMYA II
Bilecik Üniversitesi 2014
Dersin Künyesi
Dersin İçeriği Kimyasal termodinamik. Elektrokimya. Asitler ve bazlar. Metaller, yarı metaller, ametaller. Çekirdek kimyası. Yaşamsal kimya.
Dersin Amacı Reaksiyonların ısı ve elektron akışını incelemek. Periyodik tabloda yer alan elementlerin üretimi, özellikleri, kimyasal reaksiyonları ve kimyasal analiz hakkında öğrencileri bilgilendirmek.
Kaynak Kitap E. Erdik ve Y. Satıkaya,Temel Üniversite Kimyası, Gazi Yayınevi Baki Hazer (1997); Genel Kimya, 4. Baskı. Akademi Ltd. Şti, Trabzon.
Yardımcı Kitaplar A. Bahattin Soydan, A. Sezai Saraç (2004); Genel Üniversite Kimyası, 7. Baskı. Alfa Yayınları, İstanbul; Petrucci.Harwood.Herring (2002);Çev.Ed: Tahsin Uyar, Serpil Aksoy; Genel Kimya, Palme Yayıncılık, Ankara.
Termodinamik. Termodinamiğin 0. ve 1. yasaları. Hess yasası.
BİRİNCİ HAFTABİRİNCİ HAFTA
TERMODİNAMİK
Termo: ısı, dinamik: hareket kelimelerinden oluşmuştur.
Termodinamik, kimyasal reaksiyonların ısı alışverişini inceleyen bilim koludur.
Termodinamikte sıkça kullanılan terimler:Enerji, İş yapabilme yeteneğidir.Sıcaklık, ısının akış yönünün bir göstergesidir. Termodinamikte olayı yaşayan maddelere sistem denir. Reaksiyonlarda sistem bizzat reaksiyona giren kimyasal maddelerdir. Çevre, sistemle temas halinde olan evrenin bir parçasıdır.İç enerji (E), bir sistemin içinde bulunan tüm atomların, iyonların veya moleküllerin enerjilerinin toplamıdır.
Cisimlerin sahip olduğu enerji ölçülmez. Sadece birinin diğerine göre enerji farkı ölçülebilir.
Termodinamiğin 0. ve I. Kanunu Sıfırıncı yasa iki ayrı cismin bir üçüncü cisimle ısıl dengede olmaları durumunda kendi aralarında da ısıl dengede olacaklarını bildirir. Üçüncü cisim ile ısıl dengededirler.
Termodinamiğin I. kanunu, evrenin enerjisinin sabit olduğunu ifade eder ve bu ifade birkaç değişik şekillerde söylenebilir. Enerji bir halden diğerine dönüşebilir. Fakat kaybolmaz. Enerji yoktan var edilemez, vardan yok edilemez. Bir sistemin enerjisindeki değişme sistem tarafından yapılan işlem sistem tarafından alınan (yada verilen) ısıya eşittir. Isı q, iş de w ile gösterildiğinde sistem ve çevre arasındaki etkileşimde toplam enerji değişimi, E nin matematik ifadesi şöyle olur:
Kimyasal sistemlerde (elektrokimyasal iş hariç) sadece gaz sistemlerde basınç x hacim işi vardır. Bir piston ile sıkıştırılmış bir gaz ısındığı zaman genişler ve dış basınca karşı bir iş yapar.
Entalpi (H)
Entalpi, sabit basınçta meydana gelen işlemlerdeki çevre ile alınıp verilmiş ısı miktarına eşittir.
H, sabit basınçta, genellikle açık kaplarda atmosfer basıncında yapılan reaksiyon ısısıdır:
E, sabit hacimde, kalorimetre bombasında yapılan reaksiyon ısısıdır.
Bir reaksiyonun ısısı belirli bir sıcaklık için sabittir. Değişik sıcaklıklarda reaksiyon ısıları da değişir. Bir reaksiyonun reaksiyon ısısı o reaksiyon denkleminin genişletildiği sayı ile çarpımına, bölündüğü sayı ile bölümüne eşit olur.
Reaksiyon Isıları
25C (298 K) ve 1 atmosferde belirlenen entalpi değişimine standart entalpi değişimi adı verilir ve H ile gösterilir. Bileşiklerin 298 K de 1 atm de elementlerinden oluşma entalpisine standart oluşma entalpisi denir ve Heo (delta H sıfır elementlerinden oluşma) ile gösterilir.
Standart Oluşma Isıları (Heo)
Bileşiği meydana getiren atomlar arasında çok sağlam bağlar olduğunu biliyoruz. Bu bağların oluşumu esnasında dışarıya verilen enerji, bağları kırmak için verilmesi gereken enerjiye eşittir. Kimyasal bağları kırmak için verilmesi gereken enerjiye bağ enerjisi adı verilir. Bağ kırılması (endotermik) (+) işaretli reaksiyon ısısına sahip bir reaksiyon, bağ oluşumu (ekzotermik)(-) işaretli reaksiyon ısısına sahip bir reaksiyondur.
Bağ enerjisi
Genellikle oksijenle olan reaksiyonlara yanma reaksiyonları denildiği için reaksiyon ısılarına yanma ısısı (H) adı verilir. Bunlar yakıt olarak kullanılan organik maddelerde bilhassa önemlidir.
Yanma Isısı
Birtakım reaksiyon adımlarından geçerek yürüyen bir net reaksiyonun ısısı, ara reaksiyon ısıları bilindiği takdirde hesap yoluyla bulunabilir. Termo- kimyanın bu en önemli buluşu 1840 de Hess tarafından birtakım deneyler sonucunda ortaya konulmuştur. Hess Kanunu bir kimyasal reaksiyonda ilk halden son hale geçişteki reaksiyon ısısı reaksiyonun gidiş yoluna bağlı değildir der. Reaksiyon ister bir adımda tamamlansın, ister birçok ara adımlardan geçerek tamamlansın, reaksiyon ısısı aynıdır şeklinde de ifade edilebilir.
Hess Kanunu (Reaksiyon Isılarının Hesaplanması)
Karbon ve oksijenden karbondioksit oluşumu bir adımda veya iki adımda olabilir.
CO2(g), (25 C, 1 atm)o
oH = -393.5 kJ
Hb = -283 kJ
1/2 O2 (g)CO (g)
Ha = -110.5 kJ
2.b
1.
2.a
+ o(25 C, 1 atm)C(grafit) O2 (g) ,
Bir ısının alındığı veya verildiği, sıcaklık değişmesiyle anlaşılır. Sıcaklığının yükselmesi o cismin ısı aldığını sıcaklığının düşüşü de o cismin ısı verdiğini gösterir. Bir cismin son durumundaki sıcaklığıyla ilk andaki sıcaklığı arasındaki fark (T) ısı miktarının hesaplanmasında kullanılır.
Reaksiyon Isılarının Ölçülmesi
1) Spesifik Isı, 1 gram maddeyi 1K veya 1C yükseltmek için gerekli olan ısı miktarıdır (J/Kg): Bu durumda bir cismin aldığı veya verdiği ısı iki farklı şekilde hesaplanabilir:
Isı (q) = mol sayısı x molar ısı kapasitesi x T veya
Isı(q) = kütle x spesifik ısı x T2) Molar ısı kapasitesi, bir mol maddeyi 1K veya 1C
yükseltmek için gerekli olan ısı miktarıdır. Birimi J/K mol dür.
Faz geçişlerinin olmadığı sıcaklık aralıklarında spesifik ısı ve molar ısı kapasitesi olmak üzere iki türlü tanımlanır:
Isı kapasitesi
Kalorimetreler reaksiyon ısılarını ölçmeye yarayan aletlerdir. Gerek sabit hacimde (kapalı kaplarda), gerek sabit basınçta (açık kaplarda, atmosfer basıncında) reaksiyon ısıları ölçülerek E veya H deneysel olarak bulunabilir. Her iki halde önce kalorimetrenin ısı kapasitesi deneysel olarak belirlenmelidir. Bunun için elektrikli ısıtıcı ile belirli bir süreyle kalorimetre ısıtılır veya belirli bir sıcaklığa ısıtılmış bir metal çubuk kalorimetreye konarak sıcaklık yükselmesi ölçülür. Bütün mesele bilinen belirli bir miktar ısının kalorimetreye verilerek sıcaklık yükselmesinin ölçülmesidir.
Kalorimetreler
Kalorimetre bombası
Kalorimetre bombasında reaksiyon ısıları iç enerji değişmeleri (E) olarak ölçülür.
Çözelti kalorimetreleri
Çözelti kalorimetrelerinde reaksiyon açık havada (sabit basınçta) yapıldığından,
reaksiyon ısısı, H olarak ölçülür: H = qp
Termodinamiğin 2. ve 3. yasaları. Entropi. Serbest enerji.
İKİNCİ HAFTAİKİNCİ HAFTA
Termodinamiğin II. Kanunu. Entropi
Kimyacı, kimyasal olayların kendiliğinden olup olmadığı sorusuna cevap aramıştır. Çoğunlukla geçerli olan ekzotermik olaylar kendiliğinden cereyan eder, endotermik olaylar kendiliğinden yürümez kuralı ortaya atılmıştır. İşte termodinamiğin ikinci kanunu, kendiliğinden olma olayını kesinlikle tarif etmek için, entropi ve serbest enerji kavramlarını getirmiştir.
Kendiliğinden olma olayları karışıklığın, düzensizliğin karmaşanın en yüksek olduğu yöne doğru ilerler. Evrenin düzensizliği daima artmaktadır. İşte bu düzensizlik, karışıklık miktarı entropi olarak tarif edilmektedir. Entropi büyük S harfi ile gösterilir. Entropi de her bir sistem için net olarak hesaplanamaz ancak sistemin son hali ile ilk hali arasındaki entropi farkı miktarı olarak ölçülebilir.
S = S2 - S1
İlk halin entropisi
Son halin entropisiEntropi değişimi
Entropinin artışına ve azalışına neden olan olaylardan bazılarını şöyle sıralayabiliriz:
Entropinin artışına sebep olan olaylar
Entropinin azaldığı olaylar
Sıcaklık artışı Sıcaklık azalışı
Bir katının erimesi Bir sıvının soğutulması
Bir sıvının buharlaşması Bir gazın yoğunlaştırılması
Aynı fazda iki maddenin karıştırılması
Bir gazı daha küçük hacme koyma
Bir sıvıda bir gaz veya katının çözünmesi
Bir reaksiyonda gaz mol sayısının azalması
Bir gazın genişlemesi Toplam mol, atom, iyon sayısının azalması
İç enerji ve entalpinin sadece E ve H olarak değişimleri hesaplanabilmekte iken hem entropi değişimi hem de mutlak entropi hesaplanabilmektedir. Bu kolaylığı bize termodinamiğin üçüncü kanunu verir. Termodinamiğin üçüncü kanunu, mükemmel bir kristalin mutlak sıfır noktasındaki entropisi sıfırdır der.
Termodinamiğin III. Kanunu. Mutlak Entropiler
0 K de mükemmel kristal olan F2 nin standart entropisinin (S298) bulunması.
Belirli bir sıcaklıkta gerçekleşen bir kimyasal
reaksiyonun entropi değişimi ürünlerin entropisi ile
başlangıç maddelerinin entropisi farkına eşittir.
Entalpi değişimlerinde olduğu gibi entropi değişimleri
de sadece son hal ile ilk hale bağlıdır. Reaksiyonun
geçtiği yollara bağlı değildir. Hess Kanunu entropi
değişimlerine de uygulanabilir.
Kimyasal Reaksiyonlarda Entropi Değişimi
Fiziksel olaylarla kimyasal olayların kendiliğinden olup olamayacağı hususunun tahmin edilmesi hakkında kaba olarak ekzotermik reaksiyonlar kendiliğinden olur diyorduk. İkinci ve biraz daha kesin tahminimiz entropi artışı olursa reaksiyon kendiliğinden olur demiştik. Böylece hem entropi artışı olan ve hem de aynı zamanda dışarıya ısı veren (ekzotermik) reaksiyonlar kesinlikle kendiliğinden yürür diyebiliriz. Fakat ekzotermik olmadığı halde entropi artışı olan ve ekzotermik olup entropi artışı göstermeyen reaksiyonların kendiliğinden olup olamayacağını söyleyemeyiz. 1876 da J.W.Gibbs bunu açıklığa kavuşturmuştur.
Serbest Enerji
Bu bağıntıya göre G hesaplanır ve bulunan değere bakılarak reaksiyonun kendiliğinden yürüyüp yürüyemediği belirlenir:
G < 0 reaksiyon kendiliğinden olur.G > 0 reaksiyon kendiliğinden olmaz.G = 0 reaksiyon dengededir.
1876 da J.W.Gibbs bir reaksiyonun kendiliğinden olup olmadığı hakkında kesin bir bilgi veren Gibbs serbest enerjisi bağıntısını bulmuştur:
Asitler ve bazlar. Asit baz tanımları. Hidroliz. İyonik denge, pH ve pOH.
ÜÇÜNCÜ HAFTAÜÇÜNCÜ HAFTA
Asitler ve bazlar kimyada çok geniş bir yer tutarlar. Çoğu kimyasal reaksiyon asit veya bazların yardımıyla gerçekleşir. İnsan vücudunda mide hidroklorik asit (HCl) salgılar. Sülfürik asit (H2SO4), hidroklorik (HCl), nitrik asit (HNO3) ile sodyum hidroksit (NaOH), amonyak (NH3), sönmüş kireç: Kalsiyum hidroksit: Ca(OH)2 endüstride çok fazla kullanılmaktadır. İlk asit tanımı, tadı acı, mavi turnusolu kırmızıya çeviren, bazı metaller (Mn, Zn, Fe,... gibi) ile birleşince hidrojen gazı açığa çıkaran maddelerdir şeklinde idi. Baz da sabunumsu, kırmızı turnusolu maviye çeviren madde olarak tanımlanıyordu.
ASİTLER VE BAZLAR, İYONİK DENGE
Arrhenius; sulu çözeltiye proton veren asit, hidroksit iyonu veren de bazdır diye yapmıştır.
Asit baz tanımı daha genel bir anlamda bugün çok kullanışlı olan Lowry-Brönsted tanımıdır. Ortam ne olursa olsun (sulu veya susuz) proton veren asit, proton alan da bazdır.
Lewis’e göre ortaklanmamış bir elektron çifti alan asit, ortaklanmamış bir elektron çifti veren de bazdır.
Asit-baz tanımları
Susuz ortamda gerçekleşen proton alış verişi:
Lowry-Brönsted’e göre asit-baz tarifindeki en
çarpıcı nokta bir asidin bir proton kaybederek yeni
bir bazı konjuge bazını, bir bazın bir proton alarak
yeni bir asidi konjuge asidini oluşturmasıdır. Bir
başka ifadeyle bir asidin konjuge bazını bulmak için
molekül formülünden bir proton çıkarılır. Bir bazın
konjuge asidini bulmak için de ona bir proton
eklenir.
Konjuge asit-baz tanımı
Konjuge asit-baz örnekleri
Basit asitler biri hidrojen olmak üzere iki cins atomdan ibaret olan asitlerdir.Basit asitlerin adlandırılması; hidro diğer atomun adı ik şeklinde yapılır. Asit kuvvetliliği de periyodik tabloda yukarıdan aşağıya doğru indikçe artar:
(hidroflorik asit) HF
(hidroklorik asit) HCl
(hidrobromik asit) HBr
(hidroiyodik asit) HI
artanasitkuvvet-liliği
H2O
H2S
H2Se (hidroselenik asit)
H2Te (hidrotellurik asit)
Basit Asitler
Basit asitlerde asit kuvvetliliği soldan sağa gittikçe artar:
Artan asit kuvvetliliği
(zayıf baz) (amfoter) (asit)
Amfoterlik hem asit hem de baz Özelliğine aynı anda sahip olmaktır.
Anyonunda oksijen ve bir başka atom bulunduran asitlerdir.
Okso asitler
Okso asitlerin kuvvetliliği
Hidrojen ve oksijen dışında üçüncü atomun elektronegatifliği arttıkça asit kuvvetliliği artar.
Aynı cins merkez atomlu asitlerde, merkez atomun yükseltgenme sayısı arttıkça asit kuvvetliliği artar.
Okso asitlerde, Periyodik tabloda soldan sağa gittikçe bazlık azalır, asitlik artar.
Oksoasitlerde periyodik tabloda yukarıdan aşağı inildikçe bazlık artar.
1. Derişik sülfürik asidin nitrat, florür, klorür, asetat tuzlarına etkisiyle elde edilir.2. HCl ve HF elementlerinden elde edilebilir.3. HI ve HBr tuzları üzerine derişik fosforik asit etki ettirilerek elde edilirler:4. H2SO4, sülfürlü filizlerin havada yakılmasıyla
oluşturulan SO3 gazından elde edilir.5. HNO3 azot ve hidrojenin reaksiyonuyla
oluşturulan amonyaktan elde edilir.6. Asit anhidritlerinin su ile reaksiyonundan asitler ele geçer.
Bazı Asitlerin Elde Edilişi
Bir asit ve bazın reaksiyonuna nötralleşme reaksiyonu denir. Proton ve hidroksit iyonu birleşerek su oluştururken, asidin anyonu ile bazın katyonu da tuz oluşturur:KOH (aq) + HCl(aq) KCl(aq) + H2O
Nötralleşme reaksiyonları
Tuzlar bir asidin anyonu ile bir bazın katyonundan oluşmuş maddeler olduğuna göre bunların su ile reaksiyonlarını incelediğimizde bazı iyonların sudan bir proton koparıp hidroksil iyonlarını serbest bıraktığını, bazılarının da sudan hidroksit iyonu koparıp protonu serbest bıraktığını görürüz. Böylece bazik veya asidik çözeltiler oluşur. Suyun hidrojen-oksijen bağının kırılarak yeni bileşikler oluşturmasına hidroliz denir.
Hidroliz
İyonik Denge, pH ve pOH
Asitlik ve bazlığı üslü sayılarla ifade etmek yerine küçük
sayılarla vermek daha kullanışlıdır. Bunun için H+ veya OH-
iyonları derişimleri yerine eksi logaritma değerleri alınır. Bu
değerler pH ve pOH olarak adlandırılır.
Tanım olarak;
pH, eksi logaritma H+ derişimidir: pH = - log [H+]pOH, eksi logaritma OH- derişimidir: pOH = - log [OH-]
Asit ve bazların iyonlaşma sabitleri. Ortak iyon etkisi. Tampon çözeltiler.
DÖRDÜNCÜ HAFTADÖRDÜNCÜ HAFTA
Ka : Asit iyonlaşma sabiti, Kb: Baz iyonlaşma sabiti.Kuvvetli asit ve bazlar % 100 iyonlaştığı için Ka ve Kb çok büyüktür (1 den büyük), zayıf asit ve bazların iyonlaşması çok azdır.
Asit ve Bazların İyonlaşma Sabitleri (Ka, Kb)
HA (aq) H2O (s) A- H3O+ ,++
+ + B (aq) H2O (s) BH+ OH- ,
Ka = [H+] [A-]
[HA]
[BH+] [OH-][B]
Kb =
zayıf asit
zayıf baz
Bazı asit ve bazların iyonlaşma sabitleri
İyonların Su ile Reaksiyonları
a) Nötral Tuzlar: Kuvvetli asit anyonu ile kuvvetli baz katyonlarından oluşan tuzlardır. Suda hidroliz olmazlar sadece iyonlaşırlar.
b) Asidik tuzlar: Zayıf baz katyonu ile kuvvetli asit anyonundan oluşan tuzlardır. Suda sadece katyonları hidroliz olup çözeltiyi asidik yaparlar.
c) Bazik tuzlar: Zayıf asit ile kuvvetli bazdan oluşan tuzlardır. Tuzun anyonu hidroliz olarak çözeltiyi bazik yapar.
d) Her iki iyonu da su ile reaksiyon veren iyonlardan oluşmuşsa anyonun ve katyonun iyonlaşma sabitleri karşılaştırılarak çözeltinin asitliği veya bazlığı tahmin edilir.
İyonların su ile reaksi-yonlarına örnekler
La Chatelier prensibine göre bir tuz
çözeltisine ortak bir iyonu bulunan bir
başka çözelti katılırsa, tuzun
çözünürlüğü azalır.
Ortak İyon Etkisi
Kuvvetli asit veya baz ilavesiyle pH sı çok az değişen
çözeltilerdir. Zayıf asit ve tuzu (konjuge bazı), zayıf baz
ve tuzu (konjuge asidi) karışımlarından hazırlanır.
Tampon çözeltiye asit veya baz ilavesinde baz konjuge
asidine, asit konjuge bazına dönüşür.
Tampon Çözeltiler
Tampon çözeltiler
Dengede olmayan veya doymamış bir çözeltideki iyonların
konsantrasyonları çarpımına iyonlar çarpımı denir. İyonlar
çarpımı bir iyonik katı maddenin çözünmesi reaksiyonunun
ilerleme değeridir (Qi). Bir katının çözünürlük çarpımı Ksp,
dengede, doygun bir çözeltideki iyonlar çarpımıdır veya
çözeltideki iyonları ile dengede olan iyonik bir katının denge
sabitidir diye de tarif edilir. İyonlar çarpımı (Qi) çözünürlük
çarpımı (Ksp) karşılaştırılarak ne zaman çökmenin
gerçekleşeceği tahmin edilir.
Çözünürlük Çarpımı ve Çökme
Qi < Ksp Tüm iyonlar çözeltidedir. Çökme olmaz.Qi = Ksp Denge hali. Doygun çözeltiQi > Ksp Qi = Ksp oluncaya kadar çökelti oluşur.
Gravimetrik ve volümetrik analiz. Eşdeğer kütle ve normalite. Denklem denkleştirme.
BEŞİNCİ HAFTABEŞİNCİ HAFTA
Çoğu kez bir çözeltide hangi iyonların olduğunu
belirlemek bu iyonların ne kadar olduğunu tahmin
etmek kimyacıya düşer. Bir çözeltide hangi cins
iyonların bulunduğunu belirlemeye kalitatif (nitel)
analiz denir ve bunda katyonlar ve anyonlar belirli
bir sistematiğe uygun olarak ayrı ayrı incelenir.
İyonların miktarını tayin etmeye de kantitatif (nicel)
analiz adı verilir. Bu da gravimetrik ve volumetrik
analiz olmak üzere iki çeşittir.
Çözeltide İyon Analizleri
Gravimetrik analizde çözeltide bulunan iyonlar,
uygun maddeler ilavesiyle çöktürülür, süzülür ve
tartılır. Reaksiyon denklemlerine göre orantı
kurularak iyon miktarı hesaplanır. Reaksiyon
denklemlerine göre madde miktarı hesaplama
işlemine stökiyometri denir.
Gravimetrik Analiz
Deneysel işlemleri gravimetrik analize göre daha az olan,
kolay ve pratik bir analizdir. Volumetrik analizde bilinen
derişimdeki bir maddenin çözeltisi miktarı belirlenecek olan
maddenin çözeltisine aralarındaki reaksiyon
tamamlanıncaya kadar katılır. Bilinen derişimdeki çözeltiye
standart çözelti denir. İki madde arasındaki reaksiyonun
tamamlandığı an ya standart çözeltinin kendi renginin
değişimiyle veya ilave bir indikatörün renk değişimi ile
belirlenir.
Volumetrik Analiz
Fenol ftalein asidik ve bazik ortamda aşağıdaki reaksiyonuna göre renk değiştirir:
C
CO O
OH
OH O-
O
C
CO O-
O-
O-
C
CO O-
+C
CO O-
O-
O
asit şekli(renksiz)
baz şekilleri(kırmızı)
Her titrasyonda ilave edilen standart çözelti ile titre
edilen çözeltinin değişen konsantrasyonu arasında
çizilen grafikler bize titrasyonun gidişi ve dönüm
noktasının belirlenmesi hakkında bilgi verirler. Bu
grafiklere titrasyon eğrileri adı verilir.
Titrasyon Eğrileri
Kimyasal reaksiyonların anlaşılabilmesi için
eşdeğerlik çok önemlidir. Bir kimyasal denklemde
değişik mol sayılarında maddeler birbiriyle
reaksiyona girebilir, ancak denkleşmiş bir
denklemde her zaman başlangıç maddelerin birer
eşdeğer kütlesi reaksiyona girerek birer eşdeğer
kütle ürünleri oluştururlar. Eşdeğerlik sadece
reaksiyonlarda geçerli olan bir tanımdır.
Eşdeğer Kütle ve Normalite
Redoks reaksiyonlarda yarı reaksiyonlar yöntemine göre denklem denkleştirme
Yarı reaksiyon yönteminde esas ilke alınan ve verilen elektron
ve atom sayılarının eşitliğidir. Yarı reaksiyonların
denkleştirilmesinde oksijen atomlarının sayılarını eşitlemek
en çok karşılaşılan bir noktadır. Oksijen sayılarının
eşitlenmesinde sol tarafta oksijen eksikliği varsa, asidik
reaksiyonlarda sol tarafa su ilave edilir, sağ tarafta protonlar
oluşturulur; bazik reaksiyonlarda sol tarafa hidroksit iyonları
veya su ilave edilir, sağ tarafta su veya hidrojen iyonları
oluşturulur.
Oksijen fazlalığı varsa sol tarafa proton ilave edilir. Fazla oksijen
atomları ile bu protonlar sağ tarafta su olarak ortaya çıkar.
Elektrokimya. Faraday yasası. Pil gösterimleri ve elektrot çeşitleri. Elektromotor kuvvet ve endüstriyel piller.
ALTINCI HAFTAALTINCI HAFTA
Elektrokimyanın günlük yaşantımızda büyük bir pratik önemi vardır. Pillerle çalışan tüm aletler, pilli radyolar, pilli oyuncaklar, pilli tıraş makineleri hep elektrokimyanın günlük hayata uygulanmış şeklidirler. Otomobil parçaları, madalyonlar gibi bazı eşyaları daha güzel, daha parlak görünümlü yapabilmek ve korozyondan korumak için bazı metallerle kaplamanın bir yolu da yine elektrokimyasal bir işlem olan elektrolizdir. Kimya zaten baştan başa elektrikseldir. Tarif olarak elektrokimya, elektrik enerjisi üreten veya elektrik enerjisiyle yürüyen yükseltgenme-indirgenme (redoks) reaksiyonlarının tümünü içine alan bilim dalıdır.
ELEKTROKİMYA
A. Volta 1800 yılında üstüste
koyduğu çinko ve gümüş
plakaları arasına tuzlu suya
daldırılmış kumaş parçaları
koyarak elektrik üreten ilk pili
yapmıştır. Kendi adına izafeten
bu pile volta pili adı verilmiştir.
Volta Pili (Galvanik Pil)
İlk Galvanik Pil (Volta pili)
REAKSİYONUNDAN GALVANİK PİL DÜZENEĞİ İLE ELEKTRİK AKIMI ÜRETİLMESİ
Dışarıdan elektrik akımı verilerek kendiliğinden
olmayan reaksiyonların gerçekleştirildiği
sistemlerdir. Elektrik akımı ile gerçekleştirilen bu
reaksiyonlara elektroliz adı verilir.
Elektrolitik Piller
Erimiş sodyum klorürün elektrolizi
Bir iyonik çözeltiden bir eşdeğer gram
maddeyi biriktirmek veya anottan çözeltiye
geçirmek için 96500 Coulomb (C) elektrik
yükü gerekir. 96500 C= IF (Faraday) olarak
gösterilir.
Faraday kanunu
Galvanik pillerin gösterimi pilin nasıl oluştuğunu açıklamak için kullanılır. Bunun için,
anotanot elektrolitikatot elektrolitikatot
sırasına göre yazılır. Burada dikkat edilecek husus önce yükseltgenen yarım pil reaksiyonundan başlayarak sırayla birbirine temas eden fazları yazmaktır.
Pil Gösterimleri ve Elektrot Çeşitleri
Bir çinko-bakır galvanik pilinin gösterimi
Zn Zn+2(c1) Cu+2(c2) Cu
faz teması tuz köprüsü faz teması
Anot Katot
Elektrot sistemleri
1)1. Metal çubuk/metal katyonunu2) içeren elektrolite daldırılmıştır
1)2. Gaz elektrot ve gazdan oluşmuş2) iyon içeren elektrolit
3. Metal elektrot, metalin az çözünen bir tuzu ile kaplanmış ve tuzun anyonunu içeren elektrolite daldırılmış
1)4. İnert iletkenli (grafit) redoks elektrod aynı bir 2) elementin yükseltgenmiş ve indirgenmiş tuzlarının 3) çözeltisini içeren elektrolite daldırılmış.
Elektron pozitif yüke doğru akar. Elektrik alan yüklü
parçacıkların farklı yüklü iseler-birbirini çektiği veya -aynı
yüklü iseler- birbirini ittiği bölgedir. Bir elektrik alanındaki
yüklü bir parçacık daha yüksek elektriksel potansiyel enerjili
bir yerden daha düşük elektriksel potansiyel enerjili bir yere
doğru hareket eder. Bir volta pilinde elektronların devamlı
akışı anot ve katot arasındaki potansiyel farkından dolayıdır.
Anot, katoda göre daha yüksek bir negatif potansiyel enerjiye
sahip olduğundan elektronlar anottan katoda akarlar.
Elektromotor Kuvvet
Bir hücrenin elektromotor kuvveti, emk, iki yarım hücre arasındaki potansiyel farkın bir ölçüsüdür. Elektriksel potansiyelin birimi volttur (V).
Elektromotor kuvvet serbest enerji gibi
kimyasal reaksiyonun ne derece
kendiliğinden olabileceğinin bir ölçüsüdür.
Bu yüzden bu iki terim arasında
matematiksel bir ilişki vardır.
Bir pilde her bir yarım reaksiyonun elektrot potansiyeli
ölçülebilir. Uluslararası bir gösterim olarak yarım
reaksiyonlar için potansiyellerin indirgenme potansiyeli
olarak verilmesi üzerinde anlaşılmıştır. 1 atm, 1 molar ve
25C de ölçülen bu değerler standart elektrot potansiyeli
veya standart indirgenme potansiyeli olarak anılır. Standart
indirgenme potansiyelleri ikinci bir yarım pil (yarım hücre)
ile bir pil teşkil edilerek ölçülür. Bu ikinci referans yarım
hücrenin standart potansiyeli sıfır olmaktadır. Hidrojen
elektrotunun 25C de standart potansiyeli 0.00 V dur.
Standart İndirgenme Potansiyelleri
Eğer pil sistemi standart şartlar (1 molar, 25C ve 1
atm) dışında özelliklere sahip olursa pilin e.m.k’ sının
nasıl hesaplanacağı 1900’lü yıllarda W.Nernst
tarafından kendi adıyla anılan bağıntıya verildi.
Nernst Denklemi
Nernst bağıntısında redoks reaksiyonunun
denge halini düşünürsek Q = K olacaktır.
Dengede pilin E değeri de sıfır olacaktır.
K ve E ilişkisi
Nernst bağıntısı, bize
sadece derişimleri
değiştirerek aynı cins
yarım reaksiyonların
da bir potansiyel farkı
doğurabileceğini
gösterir. pH-metreler,
emk değerlerini
doğrudan pH
cinsinden veren
potansiyometrelerdir.
pH Metreler
Endüstriyel piller; (1)
tek kullanımlı (primer
piller), (2) depolama
pilleri (akümülatörler)
ve (3) yakıt pilleri
olarak sınıflandırılırlar.
Endüstriyel Piller
Ametaller. Hidrojen, oksijen, karbon, azot, fosfor, kükürt.
YEDİNCİ HAFTAYEDİNCİ HAFTA
H2, N2, O2, F2, Cl2, soy gazlar (gaz); Br2 (sıvı); karbon,
fosfor, kükürt, iyot ve astatin (katı) ametallerdir. Ametaller
metalik özellik taşımazlar yani tel ve levha haline
getirilemezler. Elektriği ve ısıyı iletmezler. Periyodik
tablonun son grubu olan soy gazlar reaksiyon yeteneği
hemen hemen hiç olmayan (sadece çok az sayıda
bileşikleri son yıllarda elde edilebilmiştir) tek atomlu-mono
atomik gazlardır. Işıklı reklam panolarında inert ortam
olarak kullanılırlar. Düşük basınçta soy gaz içeren bir
tüpten elektrik akımı geçirildiğinde He: beyaz-pembe, Ne:
Kırmızı-turuncu, Ar: Pembe, Kr: Mavi-beyaz, Xe: Mavi ışık
verirler. Bu serinin son elementi Rn radyoaktiftir.
AMETALLER
Hidrojen renksiz kokusuz bir gazdır. Yüksek yanıcı
özelliğe sahip olduğu için özel şartlarda muhafaza edilir.
Elektronik yapısı 1s1 şeklindedir. Hidrojenin üç izotopu
vardır. Hidrojen (1protium), : Döteryum (2D) : Trityum (3T).
Döteryum yanında doğada hidrojenin 5000 de biri
oranında bulunur. D2O ya ağır su denir. Normal suda
bulunur ve fraksiyonlu destilasyonla normal sudan ayrılır.
(H2O, k.n.:100.0C; D2O k.n: 101.4C). Ağır su, çekirdek
reaksiyonlarında, nötron yavaşlatıcısı olarak kullanılır.
Hidrojen, H2
Hidrojen, halojenlerle doğrudan birleşir :
Endüstride büyük miktarlarda hidrojen doğal gaz (en çok metan içerir) veya karbonun su buharıyla reaksiyonundan elde edilir.
Çok saf hidrojen suyun elektrolizi ile elde edilir.
Hidrojenin Elde Edilmesi
Suyun elektrolizi.
1.Laboratuarda hidrojen çoğunlukla çinko 2.Metalinin H2SO4 ile reaksiyonundan elde edilir.
Oksijen, O2
Oksijen (O2), renksiz, kokusuz ve tatsız
bir gazdır. Sıvı oksijen açık mavi
renktedir. İçme suları hava ile temas
halinde olduğundan bir miktar
çözünmüş oksijen içerirler. Oksijenin
çözünürlüğü 1 litre suda 30 ml O2 dir.
Oksijenin Reaksiyonları
Oksijen (halojenler, nitrik asit,
hipoklorit, klorat ve perklorat asitleri
gibi) kuvvetli bir yükseltgeyicidir.
Karşısındaki elementi yükseltgerken
kendisi -2 değerliğe indirgenir.
Oksitler ve Hidroksitler
Ametal oksitleri asit özelliği, metal
oksitleri de baz özelliği gösterir.
Bunlar su ile reaksiyona girdiğinde
ilgili asit ve bazlarını verirler. Su ile,
ilgili asitlerini veren ametal oksitlerine
asit anhidrit adı verilir.
Metal oksitleri de su ile hidroksitleri
verirler. Bu metal oksitlerine de bazik
anhidrit veya bazik oksit adı verilir.
Bazlara karşı asit gibi, asitlere karşı da
baz gibi reaksiyon veren maddelere
amfoter, oksitlere amfoter oksit
hidroksitlere de amfoter hidroksit adı verilir
Amfoter metal hidroksitleri
Başlıca elde edilme yolu sıvı havanın fraksiyonlu destilasyonu yoluyladır. Sıvı havanın fraksiyonlu destilasyonu ile oksijen ile birlikte argon helyum gibi soy gazlar da ucuz olarak elde edilirler.Laboratuarda oksijen potasyum kloratın kızdırılmasıyla elde edilir: Oksijen başlıca çelik ve metal üretiminde yanmayı kolaylaştırıcı olarak ve oksijen içeren kimyasal maddelerin üretiminde kullanılır. Ayrıca hastanelerde oksijen maskelerinde, pis suların arıtılmasında oksitleştirici olarak, oksijen asetilen hamlaçlarında, roket yakıtlarını yakmada sıvı oksijen (LOX) olarak kullanılmaktadır.
Oksijenin Elde Edilmesi
Üç oksijen atomunun kovalent
bağlanmasıyla oluşmuş gaz halinde bir
maddedir. Oksijen ve ozon aynı bir
elementin farklı bağlanma şekillerine
sahip maddelerdir (Allotropturlar).
Ozon, O3
O
O
O: : : :
.. ..
: : :O
O
O:.. ..
Renksiz, kararlı olmayan bir sıvıdır. Oda sıcaklığında yavaşça bozunur. Zayıf bir asittir. Peroksitteki oksijen atomlarının her birinin ortalama yükseltgenme sayısı (-1) dir. Peroksit (-O-O-) bağı oldukça düşük bir bağ enerjisine sahiptir. Derişik çözeltileri patlama ile bozunur. Bu yüzden patlayıcı imalinde kullanılır. Çok kuvvetli bir yükseltgeme aracıdır. Aynı zamanda yükseltgeyiciler karşısında da indirgen olarak hareket eder.
Hidrojen Peroksit, H2O2
Süper oksitler, KO2, RbO2, CsO2
Sadece K, Rb ve Cs un oksijen ile
ısıtılmasıyla elde edilir.
K, Rb ve Cs hidroksitlerinin ozonla reaksiyonundan elde edilir.
Ozonürler
Ca2+ , Mg2+ , Fe2+ gibi iyonları içeren suya sert su denir.
Sert sular istenilmez çünkü sabunu çökerterek bol
köpük yapmasını ve kirleri çıkarmasını önlerler.
Bu katyonların yanında anyon olarak HCO3- bulunduğu
zaman buna geçici sertlik adı verilir.
İçme ve Kullanma Suyu
Yeraltında kömür madenleri olarak taşkömürü, linyit
şekillerinde bulunur. Karbon elmas ve grafit olarak iki
allotropa sahiptir. Elmas tetrahedral bağlar yapar. En
dış yörüngesindeki değerlik elektronlarının dördü de
bağlanmaya iştirak etmiştir. Grafitte ise üç elektron
bağlanmaya iştirak etmiş ve dördüncüsü serbest
kalmıştır. Grafit, bu serbest elektrona sahip
oluşundan dolayı elektrik akımını iletir, elmas hiç
serbest elektron taşımadığından akımı iletmez.
Karbon, C
Karbonun iki allotropu: elmas ve grafit
Siyanürler
Karbon monoksit, CO ( :CO: )
Karbon dioksit, CO2( :O = C = O: )
Karbürler: (C2)2- [:C C: ]2-
Karbonun bazı bileşikleri
Renksiz, kokusuz, tatsız ve zehirliliği olmayan bir gazdır.
Havada % 78.08 oranında bulunur. Çok zor reaksiyona
girer. Çünkü azot-azot bağları çok kuvvetlidir. En çok
amonyak, kalsiyumsiyanamid [CaNCN], hidrazin yapımında
kullanılır. Siyanamid ve amonyak çoğunlukla gübre,
hidrazin de roket yakıtı olarak kullanılır. Çoğu reaksiyonları
inert bir ortamda yapabilmek için azot gazı kullanılır. Ayrıca
sıvı azot, havanın soğutulup sıkıştırılması yoluyla elde
edilen sıvı havadan (-195C de N2, -183C de O2 kaynar)
fraksiyonlu destilasyonla ayrılarak elde edilir.
Azot, N2 ( : N N : )
Azotun bileşiklerinde aldığı yükseltgenme sayıları
Fosforun değişik reaksiyon yatkınlığına sahip üç allotropu vardır. Beyaz, kırmızı ve siyah fosfor. Beyaz fosfor, yumuşak mumumsu, beyaz-sarı renkli ve çok zehirlidir. Elli miligram alınırsa ölüme neden olur. P4 molekülü halindedir. Çok kolay tutuşur. Kırmızı fosfor, beyaz fosforun 250C ye ısıtılmasıyla elde edilir ve zehirsizdir. Fosforun tüm reaksiyonlarını biraz daha yüksek sıcaklıklarda verdiği için beyaz fosfor yerine reaksiyonlarda kırmızı fosfor kullanılır. Kırmızı fosfor tam aydınlatılmamış karışık polimerik bir yapıya sahiptir. Oda sıcaklığında kararlıdır, ancak 400C de tutuşur. Fosforun üçüncü allotropu siyah fosfor, kristal yapıdadır, metalik özellik gösterir ve elektriği iletir. Beyaz fosforun birkaç gün 35.000 atm de katalizör altında ısıtılmasıyla elde edilir.
Fosfor, P4
Kükürt rombik ve monoklinik kükürt olmak üzere iki allotropu
halinde bulunur. Oda sıcaklığında kararlı olan allotropu
rombik kükürttür ve çok yavaş ısıtıldığında 96.5C de
monoklinik kükürde dönüşür. Her iki allotropunda da kükürt
S8 molekülü halindedir. Oda sıcaklığında rombik kükürt açık
sarı renkli, kokusuz ve tatsız kristal bir katıdır. Monoklinik
kükürdün e.n: 119C dir. Sıvı kükürt, ısıtmaya devam
edildiğinde ilginç bir özellik gösterir ve 160-187C lerde
viskozitesi artar (polimerleşir). Eğer bu sıvı kükürt 200C
civarına hızla soğutulup suya dökülürse sünek plastik bir
malzeme elde edilir. Bu oda sıcaklığında daha sonra yavaş
yavaş rombik kükürde dönüşür.
Kükürt, S8
Frasch usulü ile kükürt çıkarılması
Kükürtün bileşikleri ve yükseltgenme değerlikleri.
SEKİZİNCİ HAFTASEKİZİNCİ HAFTA
Halojenler: Flor, Klor, Brom, İyot, Astatin
Yeryüzünde suda çözünen tuzları halinde
bulunurlar. Bu yüzden yağmur suları ile deniz ve
göllere birikirler. Genellikle tuzların elektrolizi ile
elementleri elde edilir. Hepsi ametaldirler.
Halojen, tuz üreten anlamına gelir. Periyodik tabloda
en yüksek elektronegatiflik değerine sahip olan flor
halojenlerin ilk üyesidir. Klor, brom, iyot ve astatin
gitgide azalan elektronegatifliğe sahiptir. Astatin
radyoaktif olduğundan doğada mevcut değildir. Flor
açık sarı, klor sarı yeşil gaz, brom kırmızı-
kahverengi sıvı ve iyot mor siyah katıdır.
Halojenler: Flor, Klor, Brom, İyot, Astatin
Klor Bileşikleri
Brom Bileşikleri
İyot Bileşikleri
Laboratuarda klor gazının elde edilişi.
Halojenlerin birbiriyle yaptığı bileşikler
Halooksoasitlerinin isimleri ve molekül şekilleri.
Metaller; s-bloku metalleri, p-bloku metalleri. Çinko ailesi metalleri.
DOKUZUNCU HAFTADOKUZUNCU HAFTA
Metaller, metalik özellik denilen üstün ısı ve elektrik iletkenliği,
malzeme özelliği-kalıplanabilme, şekil verme tel ve levha haline
getirilebilme- özellikleri göstermeleri bakımından büyük önem
taşırlar. Metalik parlaklığa sahiptirler, ışığı yansıtırlar.
Bileşiklerinde daima pozitif değerliğe sahiptirler. Elementel halde
iken elektron alıp anyon hale geçemezler. Oda sıcaklığında cıva
hariç katıdırlar. Yoğunlukları yüksektir. (3-19 g/cm3 arasında
değişir). Yarı iletkenler elektronik endüstrisinde pek büyük bir
önemi ve yeri olan elementlerdir. Özellikleri metal ve ametaller
arasındadırlar. Görünüşleri ile metal gibi görünürler ama
kimyasal reaksiyonlarda ametaller gibi davranırlar. Oda
sıcaklığında katıdırlar. B, Si, Ge, As, Sb, Se, Te yarı metaldirler.
Yarı metallere aynı zamanda yarı iletkenler adı da verilir.
METALLER VE YARIMETALLER
En dış tabakadaki (değerlik elektronları) s-
orbitallerinde bulunan metallerdir. Li-ailesine alkali
metaller, Be-ailesine de toprak alkali metaller adı
verilir. Genellikle alkali metaller diye de anılırlar.
Lityum ailesi: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr reaksiyon
yeteneği en yüksek olan metallerdir. Berilyum
ailesi: Be, Mg, Ca, Sr, Ba ve Ra dur. Toprak alkali
metalleri adı da verilir. Radyum radyoaktiftir. Be-
ailesi metalleri bileşiklerinde +2 değerliklidirler.
s-Bloku Metalleri
s-Bloku metallerin bazı bileşiklerinin endüstriyel önemi büyüktür.
NaOH (kostik soda): Kimya ve kağıt endüstrisinde,
alüminyumun elde edilişinde, petrolde istenmeyen kükürdün
ayrılmasında, sabun ve deterjan sanayisinde,
Na2CO3 (Soda külü): Temizleyicilerde, kimyasal maddelerin
yapılmasında, cam sanayisinde, suların sertliğinin
giderilmesinde,
NaHCO3 (Pişirme sodası): Kağıt sanayisinde, yiyeceklerde
kabartma tozu olarak ve yangın söndürmede,
CaO (Sönmemiş kireç), Ca(OH)2, (Sönmüş kireç): Metallerin
elde edilmesinde (metalürjide), harç ve çimento yapımında,
MgO (Mağnezya): Ateş tuğlası, yalıtkan, kağıt sanayisinde
hayvan yeminde ve çöktürücü olarak,
MgSO4.7H2O(İngiliz tuzu): Müshil ilacı olarak tıpta, dericilikte
kullanılırlar
s-Bloku Metallerin Bileşikleri
NaCl nin elektrolizi ile sodyum elde edilişi (Downs hücresi).
Alev denemeleri ile tanınırlar. Bileşik veya
elementel halde bunzen alevinde Li turuncu, K
menekşe, Na sarı, Ba yeşil, Sr kırmızı ve Ca
tuğla kırmızısı renkle yanarlar. Alkali metallerin
tuzları hemen hepsi suda çözünürler. Toprak
alkali metal karbonat ve sülfatları suda az
çözünürler.
s-Bloku Metallerin Tanıma Reaksiyonları
En dış elektronları p-orbitallerinde olan metallerdir.
Bunlar Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb ve Bi dir. III-A grubu
metalleri Al, Ga, In, Tl dur. Galyum, indiyum ve
talyumun +3 değerlikli bileşikleri kuvvetli yükseltgen
olarak etki ederler.
In, Tl +1 değerlikli halde de bulunurlar. Alüminyum
hafif parlak kolay işlenen bir metaldir. Mutfak eşyaları
yapılan korozyona uğramayan bir malzemedir.
p-Bloku Metalleri
Alüminyum toz halde demir-3-oksidi
elementel demire indirgeyerek büyük
miktarda ısı açığa çıkarır ve bu esnada
indirgenmiş olan demir erir. Bu
reaksiyona termit reaksiyonu denir ve
kaynakçılıkta kullanılır:
Alüminyumun erimiş boksit ve kriyolitten elektroliz yoluyla elde edilişi.
Alüminyumun amfoter özelikleri
Çinko ailesi metalleri çinko, kadmiyum ve cıvadır.
Geçiş elementlerinin hemen bitiminde yer
aldıklarından son geçiş elementleri diye de
adlandırmaları yapılmaktadır. En dış görüngeleri
d10s2 elektronik yapısına sahip oluşları nedeniyle s-
bloku metalleri ile benzerlik gösterirler. En fazla +2
değerlikli olabilirler. Zn ve Cd sadece +2, cıva +1 ve
+2 değerlikli olabilir. Toprak alkali metallerine
benzerler. Fakat onlara göre daha
elektronegatiftirler ve daha düşük erirler.
Çinko Ailesi Metalleri
Metallerin tüm bileşiklerinin iyonik bağ yaptığını
düşünürüz. Çoğunlukla bu doğrudur fakat her zaman
değil. Özellikle alkali metallerinden sonra gelen toprak
alkali, geçiş metalleri, p-bloku metalleri ve yarı metaller
kovalent bağlı bileşiklere meylederler. Aslında % 100
iyonik bileşikler deyimini kullanmak bile doğru değildir.
İyonik bileşiklerde her zaman bir kovalent bağ karakteri
çok az bile olsa hep mevcuttur. Çünkü kovalent bağ,
bir katyonun bir anyonun elektron bulutunu deforme
etmesi şeklinde oluşur.
Metallerde Kovalent Bağlanma Özellikleri
Berilyum, bir elektronunu klor atomuna verip
klorür anyonu meydana gelince berilyum katyonu
bu klorür anyonunun elektron bulutunu deforme
eder (şeklini bozar).
++ - deformasyon+ -
kovalent bağ
Kovalent bağa meyletme özellikleri
1. İyon yarıçapı küçük ve aynı zamanda yüksek değerlikli katyonlar kovalent bağa daha fazla meylederler.
2. Her periyotta soldan sağa gidildikçe iyon yarıçapı azaldığından kovalent bağ karakteri artar.
3. Bağ yapan iki atomun elektronegatiflik değerleri arasındaki fark büyüdükçe iyonik karakter artar.
4. Anyonun çapının büyümesi de kovalent bağa yardımcı olur.
5. Anyon yükünün artışı kovalent karakteri artırır.
Geçiş metalleri. Krom, mangan, demir, kobalt, nikel. Kompleks bileşikleri. Geçiş metallerinin reaksiyonları.
ONUNCU HAFTAONUNCU HAFTA
Geçiş metalleri bakır, demir, altın, gümüş gibi çok
eskiden beri bilinen metalleri içine alır. Periyodik
tabloda ikinci baş grup elementleri ile üçüncü baş
grup elementleri arasında kalan elementlerdir.
Bunların en önemli özellikleri elektron
yapılarındadır. En dış tabakalarından başka iç
tabakalarında da elektron dolmamış tabakalar
bulunur. d-orbitalleri sırasıyla dolan metallere d-
geçiş metalleri, f-orbitalleri sırasıyla dolan metallere
de f-geçiş metalleri denir.
Geçiş Metalleri
Geçiş metallerinin genel özellikleri
Tipik metaldirler,
Değişik yükseltgenme basamaklarında bulunabilirler,
Paramagnetik ve ferromagnetik (Fe, Co, Ni, Mn) özellik gösterirler,
Kompleks bileşikler verirler.
Geçiş Elementlerinin Reaksiyonları
1. Kompleks bileşiklerin elementlerle reaksiyonlarında örneğin oksijenle reaksiyona girdiğinde oksitlenir ve reaksiyon durur. Manganın oksijenle reaksiyonu böyledir. Yüksek sıcaklıkta mangan; flor, klor, azot ve oksijenle reaksiyona girer. Toz halinde iken reaksiyon kabiliyetleri artar.
Geçiş Elementlerinin Reaksiyonları
2. Asit ve bazlarla reaksiyonlarda da hemen koruyucu bir tabaka ile kaplanır. Örneğin derişik nitrik asit demir, kobalt ve nikeli hemen pasifleştirir, ileri bir kimyasal reaksiyonu önler. Tüm platin grubu metaller (Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt) asit ve sulu bazlara karşı direnç gösterirler.
Geçiş Elementlerinin Reaksiyonları
3. Sulu çözeltilerde çoğu geçiş metal katyonu kompleks iyonları halinde ve değişik renklerde bulunur.
Mavimsi renkli sert, kırılgan, çok parlak ve korozyona
çok dayanıklı bir metaldir.
Kromit (FeCr2O4) cevheri halinde bulunur. Çelik esas
olarak demir, krom ve nikel alaşımıdır. Kromit cevheri
doğrudan demire katılarak demir krom (ferrokrom)
çelikleri yapımında kullanılır. Krom, krom kaplama, çelik
alaşımlarında, CrO3 (krom-6-oksit) kaplama
banyolarında, boya, yükseltgeyici, Na2CrO4,
Na2Cr2O7, K2Cr2O7; boya, deri tabaklama, korozyon
önleyici, alüminyum anot ve boya üretiminde kullanılır.
Krom, Cr
Gümüşi, hafif pembe renkli kırılgan bir metal.
Kırılgan özellikli ve dövülebilir özellikli değişik
allotroplara sahiptir. Kromdan farklı olarak
nemli havada korozyona uğrar. Bitki ve
hayvanlarda esas eser element olarak
bulunur. Pirolüzit siyah MnO2.xH2O
yeryüzünde bulunan en belli başlı filizidir.
Yükseltgenme sayısı genellikle +2, +4, +7 dir
(kromun +2, +3, +6 dır).
Mangan, Mn
Çok eskiden beri bilinmekte olan ve yeryüzünde en bol
bulunan metaldir. Açık havada kolayca paslanır. Pası pul
pul dökülüp metalin kolayca aşınıp tükenmesine yol açar.
Paslanmayı önlemek için a) yağlı boya ile boyayıp
metalin hava ile temasının önüne geçilir, b) çinko ile
kaplanır, c) kendinden daha aktif bir metal bağlanır
(katodik koruma). Örneğin denize indirilen gemilerin saç
(demir levha) kısmına magnezyum blokları bağlanır.
Böylece bir galvanik pil oluşur. Daha aktif bir metal olan
magnezyum, anot olup aşınırken demir levha katot olup
herhangi bir aşınmaya uğramaz.
Demir
Yüksek fırında metalik demirin filizlerinden elde edilişi
Demirin en önemli alaşımı çeliktir. Demirin; C-
Cr-Mn-Ni gibi elementlerle yaptığı çok çeşitli
alaşımlarının tümüne birden çelik adı verilir.
Çelik, dayanıklılığı, parlaklığı, işlenme kolaylığı
bakımından çok kullanılan bir malzemedir.
Çelik
Kobalt ve nikel, yüksek mıknatıs özelliğine sahip
alniko (Fe-Al-Ni-Co alaşımı) ve ameliyat
aletlerinin yapıldığı stellit (Cr-Co-W alaşımı) ve
madeni para gibi kıymetli alaşımların yapıldığı
elementlerdir.
Kobalt ve Nikel
Bakır, gümüş, altın. Elde edilişleri ve kimyasal reaksiyonları.
ONBİRİNCİ HAFTAONBİRİNCİ HAFTA
Tipik metaldirler. İyi iletkendirler. Gümüş beyazdır, altın ve
bakır kırmızı renklidir. Çok ince tel ve levha haline
getirilebilirler. Çok parlak ve güzel renkli oluşları süs
eşyası olarak kuyumculukta ve çatal bıcak sanayiinde
kullanılmalarını sağlar. Bakır; elektrik ileten teller, borular
ve para yapımında, gümüş; çatal bıçak yapımında, para
yapımında, elektronik cihazlarda, fotoğrafçılıkta, ayna
yapımında ve kuyumculukta kullanılır. Altın; kuyumculuk,
fotoğrafçılık, yansıtıcı pencereler ve elektronik cihazlarda
kullanılır. Gümüş ve altın çok iyi iletken olmasına rağmen
bakır en ucuz iyi iletken olarak kullanılır.
Bakır, Gümüş, Altın (Cu, Ag, Au)
Bakır doğada, malahit CuCO3.Cu(OH)2,
kalkopirit CuFeS2 gibi hidroksit ve sülfür filizleri
şeklinde bulunur. Filizlerin yüksek fırında kok ile
karbon monoksit üzerinden indirgenmesi ile ham
bakır ele geçer. Ham bakır anot olarak
bağlanarak elektroliz yoluyla saflaştırırlır ve altın,
platin, gümüş gibi kıymetli maden safsızlıklarını
anot çamuru olarak bırakır.
Bakır
Elektrolitik bakır ham bakırın elektroliziyle elde edilir:
Pirinç : Cu-Zn
Bronz : Cu-Sn
Alman gümüşü : Cu-Zn-Ni
Nikel para : Cu-Ni (% 75)
Altın (18 ayar) : Cu-Au-Ag
Menekşe altın : Au-Al
Beyaz altın : Au-Pd-Ni (veya Zn)
Bazı altın, gümüş ve bakır alaşımları :
Çağdaş fiziğin en ilginç olaylarından sayılan süper
iletkenlik H.K. Onnes tarafından 1911 de cıvanın sıvı
helyum içinde (4K de) direncinin sıfır oluşuyla
keşfedilmiştir.
Süper iletkenlik
ONİKİNCİ HAFTAONİKİNCİ HAFTA
Yarı metaller; bor, silisyum, germanyum, arsenik. Elde edilişlerive kimyasal reaksiyonları.
(B, Si, Ge, As, Sb, Se, Te)Yeni teknolojinin bize sunmuş olduğu bilgisayarlar, video oyunları, konuşan arabalar; alarmlı saatler, ileri derecede programlanabilir hesap makineleri katı hal (solid state) devriminin bir sonucudur. Katı hal elektronikte yarı iletken elementlerden yapılmış çok küçük cihazlarla elektrik sinyallerinin oluşturulduğu, gücünün artırıldığı veya kontrol edildiği anlamına gelir. 1950 lerde keşfedilen katı hal fikrinden önce radyo lambaları gibi yukarıda sayılan özellikleri yerine getiren parçalar, vakum yapılmış paslanmaz metal ısıtıcılar bulunan elektron tüplerinden ibaretti. Bu yüzden radyoları çok büyük yapmak gerekiyordu (61 ekran TV boyutunda). Halbuki transistorlar, doğrultucular ve diyotlar bu görevlerini birtakım ısıtıcı tellere, vakuma, değiştirebilir parçalara ihtiyaç göstermeden ve çok küçük bir yer işgal ederek yerine getirirler. Böylece elektronik malzemelerin boyutları büyük oranda küçültülmüş oldu.
Yarı Metaller (yarı iletkenler)
Yarı metaller bazı elementlerle birleşirler:
Yarı metaller su ve oksitleyici olmayan asitlerle
reaksiyona girmezler. Derişik oksitleyici asitlerle
reaksiyon verirlerken, nitratlar ve sülfatlar indirgenirler,
erimiş alkali hidroksitlerden hidrojen açığa çıkarırlar.
Yarı metallerin reaksiyonları
Yarı metal oksitleri metallere benzer şekilde asidiktir veya amfoterdir, bazik değildirler:
Bor, tabiatta boraks (Na2B4O7.10H2O),
kolemanit (Ca2B6O11.5H2O) mineralleri halinde
bulunur. Oksidinin magnezyum ile
indirgenmesiyle elementel bor elde edilir:
B2O3(k) + 3Mg(k) 2B(k) + 3MgO(k)
Bor hidrürleri enteresan bileşiklerdir, çok reaktiftirler (reaksiyon vericidirler). Kendiliğinden yanarlar. Su ile borik asit ve hidrojen verirler.
Bu bileşiklerde bor atomları arasındaki hidrojen atomları üç merkezli bağa sahip (iki kovalent bağ) yapar şeklinde bulunurlar.
HB
H
H
B
H
HB
HB
H
HB
H
HH B
HH
BH
H
B2H6 B4H10 (dekaboran)
Silisyum, SiO2(silis) veya SiO32- (silikat) bileşikleri
halinde tabiatta bulunur. Kum büyük oranda SiO2 dir ve karbonla indirgenerek silisyum elde edilir.
3000CSiO2 (k) + 2C (k) Si (s) + 2CO (g)
(Silikon polimeri)Si
CH3
CH3
O Si O
CH3
CH3n
Silikon polimerleri endüstride çok önemlidir.
Cam; amorf, aşırı soğumuş sıvıdır. Seramikler camdan çoğunlukla, kaolin grubu mineralleri: Al2Si2O5(OH)4 içermeleri, şekil verilebilmeleri ve pişirilebilmeleri bakımından ayrılırlar. Çimento, kalsiyum alüminyum silikatlar halinde olup su ile sertleşip beton yapımında kullanılır.
Arsenik ve antimon sülfürlü bileşikleri halinde tabiatta bulunurlar. Antimon ve arseniğin ikişer allotropu vardır. Gri olanları yarı metal, sarı olanları amorftur, ametalik özelliktedir. Her iki türün de bileşikleri yüksek derecede zehirlidir. Arsenik hidrürleri arsin AsH3, antimonunki sitibin SbH3 dür.
Arsenik ve antimon
Metalik Bağlanma Lityum Li, Li2, Li3, Li4 ve LiN atomlu moleküller yapıyormuş gibi metalik bağlanmayı ortaya koyar
Çekirdek kimyası. Radyoaktiflik. Çekirdek reaksiyonları.
ONÜÇÜNCÜ HAFTAONÜÇÜNCÜ HAFTA
Çekirdeğin yapısı ile ilgili ilk bilgiler radyoaktifliğin keşfi ile
başlar. H.Becquerel, 1892 yılında, radyoaktifliği tesadüfen
buldu. Bir uranyum bileşiğinin (K2SO4.UO2SO4.2H2O)
yanında karanlıkta kağıda sarılı olarak duran fotoğraf
plakalarının kararması radyoaktifliğin ilk işareti olmuştu.
Daha sonra radyoaktifliği büyük çapta bilime kazandıran
radyum ve polonyumu keşfeden Curie’lerin (Marie ve
Pierre Curie, kızları Irene ve damatları Frederic Joliot
Curie) çalışmaları gelir. Bu sahada ayrıca Rutherford,
Soddy, Fermi ve daha birçok bilim adamının çalışmaları
da önemli bir yer tutar.
ÇEKİRDEK KİMYASI
Kütle, enerji ve çekirdek enerjisi
Evrenin toplam enerjisi sabit olduğu
fikrinden yola çıkarak A.Einstein 1905
yılında madde ve enerji arasındaki
ilişkiyi (relativity: görelik teorisi) ortaya
koydu:
Radyoaktiflik, kararsız çekirdeklerin kendiliğinden
parçacıklar ve/veya elektromanyetik radyasyon
yaymalarına (ışıma), radyoaktiflik denir. Tabiatta
mevcut olan uranyum, radyum gibi elementlerin
çekirdeklerinin parçacıklar ve/veya ışımalar
yaymalarına doğal radyoaktiflik, laboratuarlarda
yapay olarak elde edilen izotopların radyoaktifliğine
de suni (yapay) radyoaktiflik denir. Elementlerin
üçte biri doğal radyoaktif izotoplarına sahiptirler.
Bizmuttan daha ağır izotopların hepsi radyoaktiftir.
Radyoaktiflik
Radyoaktif bozunma I. mertebeden bir reaksiyondur. Aktiflik,
bir radyoaktif kaynaktan birim zamanda yayınlanan ışıma
miktarıdır. Radyoaktifliği madde miktarı veya aktiflikteki
değişme cinsinden ifade edebiliriz.
Log qo/q = kt/2.303 veya log ao/a = kt/2.303
qo : başlangıçtaki madde miktarı
ao : başlangıçtaki aktiflik
q : bir t zamanı sonundaki madde miktarı
a : bir t zamanı sonundaki aktiflik
k : reaksiyon hız sabiti
Radyoaktif Parçalanma Kinetiği
Yarılanma ömrü, radyoaktif elementlerde bilinmesi gereken en
önemli bir özelliktir. Çünkü yarılanma ömrü, radyoaktif
izotopların kararlılığının bir ölçüsüdür. Yarılanma ömrü çok
büyük olan bir izotop küçük olana göre daha kararlıdır.
Yarılanma ömrü:
t ½ = 0.693 / k
bağıntısıyla verilir.
Yarılanma Ömrü, t ½
Canlılar yaşadıkları sürece bünyelerinde belirli bir 14-C
(radyoaktif) ve 12-C (kararlı) izotopları oranına
sahiptirler. Canlı yaşadığı sürece 14-C izotopunun
aktifliği 15.3 ışıma/dak g karbon olarak sabit kalır.
Ancak canlı öldüğü andan itibaren çevreden karbonlu
bileşik vücuda alamadığından dolayı 14-C’nun aktifliği
azalır. Cansız kütlelerin, dünyamız ve ayın yaşı da
238U nun bozunma sonucu 206Pb ye dönüşen oranı
dikkate alınarak hesaplanır.
Radyoizotopla ömür belirlenmesi
Çekirdek reaksiyonları, dört ana kısımda incelenir. 1.
Doğal veya suni radyoaktif izotopların kendiliğinden
ışımalar yaparak bozunmaları, 2. Bombardıman
reaksiyonları ki bunda elektromagnetik radyasyon
veya hızlı parçacıklar bir çekirdek tarafından yakalanır
ve kararsız hale gelen bu çekirdek bu defa
kendiliğinden bozunmaya başlar, 3. Kararsız ağır
çekirdeklerin parçalanması (fisyon), 4. Doğal olarak
yıldızlarda ve güneşte meydana gelen hafif
çekirdeklerin birleşmesi (füzyon).
Çekirdek Reaksiyonları
Tüm kendiliğinden bozunmalarda bu ışımaların hepsinin birden olması şartı yoktur. Belki sadece biri veya ikisi bazen de üçü birden oluşabilir. -ışınlarının deliciliğini bir kabul edersek ışımasının 100, ışımasının ise 10000 dir. Somut bir örnek olarak; ışınları bir insanın elbisesini delip geçemez, ışınları elbiseyi deler, fakat deride kalır. ışınları ise insan vücudunu baştan sona deler geçer.
Geiger Sayacı
Radyasyon, Geiger sayacı ile ölçülür. Bir Geiger cihazının
şeması Şekil 15.3 de gösterilmektedir. Tüp içine
pencereden giren radyasyon argon gazını iyonlaştırır ve
bu iyonların anot ve katoda doğru gidip yapışmasıyla
akım geçer. Bu geçen elektrik akımı ölçülür ve radyasyon
birimine dönüşmüş olarak sayaçtan okunur.
Organik kimya, polimerler ve biyokimya.
ONDÖRDÜNCÜ HAFTAONDÖRDÜNCÜ HAFTA
1800’lü yılların başlarında kimyacılar canlı organizmalar tarafından üretilen biyokimyasal maddeleri organik maddeler canlı organizma tarafından üretilmeyen diğer maddeleri de inorganik maddeler diye sınıflandırıyor ve organik maddelerin hayati bir güce sahip olduğunu sanıyorlardı. Ancak 1828 de Wöhler’in üreyi ve 1845’de de Kolbe’nin asetik asidi tamamen inorganik maddelerden sentezi bu inancı çürüttü. Bunun sonucu olarak organik maddeler hayatla ilişkili olamazdı. Gerçekte organik kimya karbon bileşiklerinin incelenmesini içine alır. İnorganik kimya da karbon içermeyen bileşikleri inceler. Ancak CO32- ve CN- anyonlarını içeren bileşikler inorganik kimyanın içine girer.
Organik Kimya ve Organik Maddeler
İzomer BileşiklerKapalı formülleri aynı, açık formülleri farklı
bileşiklere izomer denildiğini daha önce
söylemiştik. (sayfa: 100 ) Dört farklı izomer çeşidi
vardır: İskelet (veya zincir) izomerisi, cis-trans
izomeri, iyon izomerisi, bağ izomerisi.
AlkanlarHidrokarbonların başında doymuş hidrokarbonlar
alkanlar gelir. Bunlar doğrusal veya dallanmış
karbon zincirleri oluştururlar. Birbiri ardına gelen
bileşiklerden bir CH2 grubu fark ederek homolog
sıra oluştururlar. Karbon sayısının latince adının
sonuna en eki getirilerek adlandırılır. Düz zincirli
olanların başına normal (n-), dallanmış olanların
başına izo, tersiyer (t-) ekleri getirilir.
Aromatik BileşiklerAromatik bileşikler, doğal olarak çoğunlukla taşkömüründe
bulunurlar. Kömür gerçekte saf karbon elementi değildir,
inorganik maddeler, karbon ve çoğunlukla benzen ve benzen
türünden olan aromatik bileşiklerin bir karışımından ibarettir.
Aromatik bileşikler, taşkömürünün havasız bir ortamda kuru
kuruya ısıtılıp destillenmesi ile elde edilir. Geriye az miktarda
inorganik maddelerle kurumuş karbon, kok kömürü kalır.
Benzen aromatik bileşiklerin ilk üyesidir. 1825 de Faraday
izole etmiş, 1866’da Kekule benzenin halka yapısını
önermiştir.
Fonksiyonlu GruplarOrganik maddelere kendine has özelliklerini veren,
kimyasal olarak reaktif olan atom veya atom gruplarına
fonksiyonlu grup denir. Bir cins fonksiyonlu grup taşıyan
tüm organik bileşikler hemen hemen benzer özellikler
gösterirler ve o fonksiyonlu grupların adıyla
genelleştirilerek adlandırılırlar: Halojenürler, Alkoller,
Aminler, Ketonlar, Karboksilli Asitler, Esterler, Açil
halojenürler, Asit anhidritleri, Amidler.
Organik Maddelerin Karakterizasyonu
Organik kimyada en başta gelen işlemler yeni organik
maddeler sentez etmek ve bunların karakterizasyonunu
yapıp molekül yapısını belirleyerek formülünü
yazmaktır. Bunun için; yapısal analiz için mor ötesi,
görünür ve kızılötesi spektrometrelerle nükleer
manyetik rezonans spektrometrelerini kullanılır. Karbon,
hidrojen, azot analizi yapan mikro analiz cihazı
kullanılır.
PolimerlerPolimer, tarif olarak, küçük ve basit bir kimyasal
birimin tekrarlanmasıyla oluşmuş büyük bir
moleküldür. Makro molekül olarak da adlandırılır.
Polimer molekülü içinde tekrarlayan bu küçük, basit
kimyasal birime tekrarlayan birim denir. Polimeri elde
etmek için başlangıçta kullanılan küçük moleküllü
maddelere de monomer adı verilir.
Polimer yapısı: Polimer molekülleri uzun zincirler halindedir ve her zaman düz zincirler şekline sahip olmayıp dallanmış veya çapraz bağlı olabilirler.
Doğrusal polimerler normal zincir
reaksiyonları ve basamaklı polimerizasyon sonucu
ele geçerler. Sıcaklıkla şekil değiştirebildiklerinden
bunlara termoplastikler adı verilir. Bunlar molekül
zincirlerinin birbirine paralel istiflenmesi veya karışık
durumda olmasına göre kristal ve amorf polimerler
olarak adlandırılırlar.
Biyokimya
Canlılığımızı sürdüren molekülsel organizmadaki
dört ana kısım karbohidratlar, lipidler, proteinler
ve nükleik asitlerdir. Bu maddeler su, inorganik
tuzlar ve daha küçük moleküllerle birlikte bir
hayvan veya bir mikroorganizmanın hücresinde
mevcutturlar. Oranları değişebilir. Binaenaleyh bu
dört ana kısım tüm bitki ve hayvanlarda aynı
görevleri icra ederler.
Karbohidratlar; şeker monomerinin
polimerleşmesiyle oluşmuş polisakkaritlerle (selüloz,
nişasta,...gibi), mono ve disakkarit gibi basit şekerlerin
tümüne birden karbohidratlar adı verilir.
Lipidler: Karbohidratların aksine polimerik değildirler.
Dört farklı grupta incelenebilirler. Giliseritler, fosfolipidler,
mumlar ve steroidler.
Proteinler: Alfa aminoasitlerin polimeridirler.
H2N C C OH
OH
R
+ H2N C C OH
OH
R
NH C C NH
OH
R
H ( C C OH
OH
R
)
peptid bağlarıa-karbon (karboksil grubuna enyakın komşu karbon atomu)
Bazı amino asitler
H2N C C OH
OH
H
H2N C C OH
CH3
H O
H2N C C OH
CH2
H O
OH
Glycine (Gly) Alanin (Ala) Serin (Ser)
NH2 C COH
OH
CH2
H
SH
NH2 C COH
O
CH2 CO
HNH2(CH2)4C C
O
OH
H
NH2
Sistein (Cys) Aspartik asit (Asp) Lisin (Lys)
Enzimler: Biyokimyasal reaksiyonları katalizlerler.
Yapısal proteinler: Virüs örtü proteinleri, böcek ipekleri,
koruyucu dokular hücre duvarı proteinleri (deri, saç, tüy,
tırmak, boynuz v.s.)
Taşıyıcı Proteinler: (Hemoglobin), membran proteinler: tüm
hücrelerde ve hücrelerarasında mevcut proteinler. Depo
proteinler: lazım olduğu zaman amino asitleri salıverirler.
Süt proteini: kazein ve yumurta beyazı (albumin),
hormonlar: metabolizmayı ve büyümeyi düzenlerler.
Gerici proteinler: Kas liflerindeki proteinler.
Nükleik asitler: Genlerin yapıldığı moleküllerdir.
Bazı protein çeşitleri
Vücutta enzimlerin görevine yardımcı olan
maddelerdir. A, B, C, P, K, E, H vitaminleri olarak
çok çeşitlidirler. Tiyamin (B1), Riboflavin (B2),
Pridoksin (B6), Niyasin (P), Biyotin (H), Askorbik asit
(C), Retinol (A), Kalsiferol (D), Tokoferal (E),
Menadion (K) vitaminleri bazı önemli vitaminler olup
başlıca et, süt, yumurta, tahıl sebze ve meyvelerde
bulunurlar. Çok önemli hayati işlemler için mutlaka
her gün alınmalıdırlar.
VİTAMİNLER