FEN BİLİMLERİ FEN ve TEKNOLOJİ

öabt
ÖSYM
sınav tekniğine
uygundur.
2014
ÖĞRETMENLİK ALAN BİLGİSİ TESTİ
ÖABT
FEN BİLİMLERİ
FEN ve TEKNOLOJİ
KİMYA
2.
Kitap
Konu Anlatımı
Özgün Sorular
Ayrıntılı Çözümler
Test Stratej"ler"
Çıkmış Sorular
Komisyon
ÖABT Fen Bilimleri/Fen ve Teknoloji Öğretmenliği 2. Kitap (Kimya)
Konu Anlatımlı
ISBN 978-605-364-736-2
Kitapta yer alan bölümlerin tüm sorumluluğu yazarlarına aittir.
© Pegem Akademi
Bu kitabın basım, yayın ve satış hakları
Pegem Akademi Yay. Eğt. Dan. Hizm. Tic. Ltd. Şti.ne aittir.
Anılan kuruluşun izni alınmadan kitabın tümü ya da bölümleri,
kapak tasarımı; mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik, kayıt
ya da başka yöntemlerle çoğaltılamaz, basılamaz, dağıtılamaz.
Bu kitap T.C. Kültür Bakanlığı bandrolü ile satılmaktadır.
Okuyucularımızın bandrolü olmayan kitaplar hakkında
yayınevimize bilgi vermesini ve bandrolsüz yayınları
satın almamasını diliyoruz.
1. Baskı: Nisan 2014, Ankara
Proje-Yayın Yönetmeni: Cansel Işık Kahraman
Türkçe Redaksiyon: Bahar Sarımehmetoğlu
Dizgi-Grafik Tasarım: Selda TUNÇ
Kapak Tasarımı: Gürsel AVCI
Baskı: Tarcan Matbaacılık Yayın Sanayi
Zübeyde Hanım Mahallesi Samyeli Sokak No: 15
İSKİTLER/ANKARA
(0312-384 34 35)
Yayıncı Sertifika No: 14749
Matbaa Sertifika No: 25744
İletişim
Karanfil 2 Sokak No: 45 Kızılay / ANKARA
Yayınevi: 0312 430 67 50 - 430 67 51
Yayınevi Belgeç: 0312 435 44 60
Dağıtım: 0312 434 54 24 - 434 54 08
Dağıtım Belgeç: 0312 431 37 38
Hazırlık Kursları: 0312 419 05 60
İnternet: www.pegem.net
E-ileti: pegem@pegem.net
ÖN SÖZ
Sevgili Öğretmen Adayları,
ÖABT FEN BİLİMLERİ / FEN VE TEKNOLOJİ konu anlatımlı setimiz dört kitap
hâlinde düzenlenmiştir. "Fen Bilimleri / Fen ve Teknoloji 2. Kitap" adlı yayınımız Alan Bilgisi
Kimya bölümünü kapsamaktadır ve Kamu Personeli Seçme Sınavı (KPSS) Fen Bilimleri / Fen
ve Teknoloji Öğretmenliği Alan Bilgisi Testi kapsamındaki kimya soruları çözmek için gerekli
bilgi, beceri ve teknikleri edinme ve geliştirme sürecinde siz değerli öğretmen adaylarımıza
kılavuz olarak hazırlanmıştır.
Kitabın hazırlanış sürecinde, sınav kapsamındaki temel alanlarda kapsamlı alanyazın taraması
yapılmış, bu kitabın gerek ÖABT'de gerekse gelecekteki meslek hayatınızda ihtiyacınızı
maksimum derecede karşılayacak bir başucu kitabı niteliğinde olması hedeflenmiştir.
Detaylı, güncel ve anlaşılır bir dilde yazılan konu anlatımları, çıkmış sorular ve detaylı
açıklamalarıyla desteklenmiş, her ünite içeriği ÖSYM formatına uygun, çözümlü test
sorularıyla pekiştirilmiştir. Ayrıca konu anlatımlarında verilen bilgi ve çözüm tekniklerine ek
olarak uyarı kutucuklarıyla da önemli konulara dikkat çekilmiştir.
Yoğun bir araştırma ve çalışma sürecinde hazırlanmış olan bu kitapla ilgili görüş ve
önerilerinizi pegem@pegem.net adresini kullanarak bizimle paylaşabilirsiniz.
Geleceğimizi güvenle emanet ettiğimiz siz değerli öğretmenlerimizin hizmet öncesi ve hizmet
içi eğitimlerine katkıda bulunabilmek ümidiyle...
Başarılar...
FEN BİLİMLERİ / FEN VE TEKNOLOJİ ÖABT İLE İLGİLİ ÖNEMLİ BİLGİLER
ÖABT FEN BİLİMLERİ / FEN VE TEKNOLOJİ ÖĞRETMENLİĞİ, 50 sorudan oluşmakta ve Fen Bilimleri / Fen ve Teknoloji
Öğretmenliği Alan Bilgisi (Fizik, Kimya, Biyoloji, Yer Bilimi, Astronomi, Çevre Bilimi) ve Alan Eğitimi alanlarındaki bilgi ve
becerilerini ölçmeyi hedeflemektedir.
Öğretmenlik Alan Bilgisi Testinde çıkan sorular, Fen Bilimleri / Fen ve Teknoloji Öğretmenliği Lisans Programlarında
verilen akademik disiplinlere paralel olarak hazırlanmaktadır. Sınavdaki Alan-Soru dağılımı aşağıdaki tabloda belirtilmiştir.
Genel Yüzde
Alan Bilgisi Testi
Yaklaşık Yüzde
% 80
Soru Sayısı
1 - 40
a. Fizik
% 24
1 - 12
b. Kimya
% 22
13 - 23
c. Biyoloji
% 22
24 - 34
d. Yer Bilimi (Jeoloji)
%4
35 - 36
e. Astronomi
%4
37 - 38
f. Çevre Bilimi
%4
39 - 40
Alan Eğitimi Testi
% 20
41 - 50
Genel Kültür, Genel Yetenek ve Eğitim Bilimleri Sınavlarınıza ek olarak gireceğiniz Öğretmenlik Alan Bilgisi Testi ile
ilgili verilen bu bilgiler 2013 Fen Bilimleri / Fen ve Teknoloji ÖABT sınavı çerçevesinde hazırlanmıştır. Sınav içeriğinde
yapılabilecek olası değişiklikleri ÖSYM'nin web sitesinden takip edebilirsiniz.
İÇİNDEKİLER
ALAN BİLGİSİ
1. BÖLÜM: MADDE
A. KİMYA BİLİMİ .............................................................................................................................................................. 5
Yunan Felsefesine Göre Kimya .................................................................................................................................. 5
Orta Çağ'da Kimya ..................................................................................................................................................... 6
Modern Kimyanın Öncüleri (17. Yüzyılda Kimya) ....................................................................................................... 7
Birim Sistemleri........................................................................................................................................................... 8
Ölçümlerde Belirsizlikler ............................................................................................................................................. 9
B. MADDE ...................................................................................................................................................................... 10
Maddenin Ortak Özellikleri ....................................................................................................................................... 10
Kapasite ve Şiddet Özelliği ....................................................................................................................................... 10
Maddenin Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri ................................................................................................................ 10
Maddenin Sınıflandırılması ....................................................................................................................................... 11
C. HOMOJEN KARIŞIMLAR (ÇÖZELTİLER) ............................................................................................................... 14
Çözeltilerin Sınıflandırılması ..................................................................................................................................... 14
D. HETEROJEN KARIŞIMLAR ..................................................................................................................................... 15
Karışımları Ayırma Yöntemleri.................................................................................................................................. 16
E. MADDELERİN HÂL DEĞİŞİMİ.................................................................................................................................. 24
F. MADDELER ARASI ISI ALIŞ-VERİŞİ........................................................................................................................ 25
ÇÖZÜMLÜ TEST............................................................................................................................................................ 27
ÇÖZÜMLER ................................................................................................................................................................... 30
2. BÖLÜM: ATOM VE YAPISI
A. STATİK (DURGUN) ELEKTRİK ................................................................................................................................ 35
Atom ve Elektriklenme .............................................................................................................................................. 35
Faraday’ın Elektroliz Deneyleri ve Atom Altı Parçacıklar ......................................................................................... 35
Elektronun Keşfi ....................................................................................................................................................... 36
Elektron Yükü İle Atomdaki Pozitif Yük Arasındaki İlişki .......................................................................................... 38
Nötronun Keşfi .......................................................................................................................................................... 39
B. ATOMUN TEMEL TANECİKLERİ VE ÖZELLİKLERİ ............................................................................................... 39
Dalton Atom Modeli .................................................................................................................................................. 39
Thomson Atom Modeli.............................................................................................................................................. 39
Rutherford Atom Modeli............................................................................................................................................ 40
vi
C. IŞIK ............................................................................................................................................................................ 40
Elektromanyetik Dalga Modeli .................................................................................................................................. 40
Işığın Dalga Modeli ................................................................................................................................................... 41
Madde-Işık Etkileşimi................................................................................................................................................ 42
Dalga Mekaniği Atom Modeli (Modern Atom Kuramı) .............................................................................................. 49
D. ATOMLARIN ELEKTRON DAĞILIMI ........................................................................................................................ 49
Küresel Simetri ......................................................................................................................................................... 51
İyonların Elektron Dağılımı ....................................................................................................................................... 52
Değerlik Orbitalleri ve Değerlik Elektronları .............................................................................................................. 53
E. TEMEL HÂL - UYARILMIŞ HÂL ............................................................................................................................... 54
Kuantum Sayıları ...................................................................................................................................................... 54
F. ATOM ÇEŞİTLERİ ...................................................................................................................................................... 59
İzotop Atomlar .......................................................................................................................................................... 59
İzobar Atomlar .......................................................................................................................................................... 59
İzoton Atomlar .......................................................................................................................................................... 60
İzoelektronik Atomlar ................................................................................................................................................ 60
Allotrop Atomlar ........................................................................................................................................................ 60
G. KARBON ................................................................................................................................................................... 60
Karbonun Allotropları ................................................................................................................................................ 60
Allotrop Atomların Özellikleri .................................................................................................................................... 61
ÇÖZÜMLÜ TEST - 1 ...................................................................................................................................................... 62
ÇÖZÜMLÜ TEST - 2 ...................................................................................................................................................... 65
ÇÖZÜMLER - 1 .............................................................................................................................................................. 67
ÇÖZÜMLER - 2 .............................................................................................................................................................. 69
3. BÖLÜM: PERİYODİK ÇİZELGE
A. PERİYODİK TABLONUN TARİHSEL GELİŞİMİ ....................................................................................................... 73
B. PERİYODİK CETVEL ................................................................................................................................................ 73
Periyodik Cetvelde Yer Bulma .................................................................................................................................. 74
Grupların Özellikleri .................................................................................................................................................. 76
Elementlerin Periyodik Cetvelde Değişen Özellikleri ................................................................................................ 80
C. KOVALENT, İYONİK VE VAN DER WAALS YARIÇAPI ........................................................................................... 86
1. Kovalent Yarıçap .................................................................................................................................................. 86
2. İyonik Yarıçap ....................................................................................................................................................... 86
3. Van Der Waals Yarıçapı........................................................................................................................................ 86
D. BÜYÜK PATLAMANIN DENEYSEL KANITLARI ..................................................................................................... 87
Mineral ...................................................................................................................................................................... 87
vii
Cevher ............................................................................................................................................................... 87
Kavurma ............................................................................................................................................................ 87
İndirgeme........................................................................................................................................................... 87
E. ALAŞIMLAR ....................................................................................................................................................... 88
1. Örgü Boşluğu Alaşımları................................................................................................................................ 88
2. Metaller Arası (intermetalik) Bileşikler ........................................................................................................... 88
3. Süper Alaşımlar ............................................................................................................................................ 88
ÇÖZÜMLÜ TEST .................................................................................................................................................... 89
ÇÖZÜMLER ........................................................................................................................................................... 93
4. BÖLÜM: KİMYASAL BAĞLAR
A. KİMYASAL TÜRLER .......................................................................................................................................... 99
Atom .................................................................................................................................................................. 99
İyon .................................................................................................................................................................... 99
Molekül .............................................................................................................................................................. 99
Radikal............................................................................................................................................................... 99
B. KİMYASAL TÜRLER ARASINDA ETKİLEŞİM .................................................................................................. 99
Kimyasal Türler Arasında Bağ Oluşumu ........................................................................................................... 99
Kimyasal Türler Arası Etkileşimler ..................................................................................................................... 99
Güçlü Etkileşimler ............................................................................................................................................ 100
Zayıf Etkileşimler ............................................................................................................................................. 104
Vsepr Kuramı................................................................................................................................................... 107
Değerlik-Bağ (Valans-Bağ) Teorisi....................................................................................................................113
Moleküler Orbital Teorisi ...................................................................................................................................114
Katılar ...............................................................................................................................................................117
Kristal Türleri ....................................................................................................................................................118
ÇÖZÜMLÜ TEST................................................................................................................................................... 120
ÇÖZÜMLER .......................................................................................................................................................... 123
5. BÖLÜM: BİLEŞİKLER
BİLEŞİKLER ......................................................................................................................................................... 129
1. Basit (Kaba) Formül..................................................................................................................................... 129
2. Molekül (Gerçek) Formülü ........................................................................................................................... 129
3. Açık (Yapı) Formülü ..................................................................................................................................... 129
İyonik Bağlı Bileşiklerin Formüllerinin Yazılması ve Adlandırılması................................................................. 129
Bileşiklerin Adlandırılması ............................................................................................................................... 130
Kovalent Bağlı Bileşiklerin Yazılması ve Adlandırılması .................................................................................. 132
Bileşiklerin Sınıflandırılması ............................................................................................................................ 134
ÇÖZÜMLÜ TEST................................................................................................................................................... 139
ÇÖZÜMLER .......................................................................................................................................................... 141
viii
6. BÖLÜM: KİMYASAL TEPKİMELER
A. KİMYASAL TEPKİME ............................................................................................................................................. 145
Basit Denklem Denkleştirme .................................................................................................................................. 145
B. KİMYASAL TEPKİME TÜRLERİ ............................................................................................................................. 147
1. Homojen Tepkime ............................................................................................................................................... 147
2. Heterojen Tepkime.............................................................................................................................................. 147
3. Endotermik Tepkime ........................................................................................................................................... 147
4. Ekzotermik Tepkime ........................................................................................................................................... 147
5. Analiz (Ayrışma) Tepkimeleri .............................................................................................................................. 147
6. Sentez (Birleşme) Tepkimeleri ............................................................................................................................ 148
7. Yanma Tepkimeleri ............................................................................................................................................. 148
8. Yer Değiştirme Tepkimeleri ................................................................................................................................. 150
9. Çökelme Tepkimeleri .......................................................................................................................................... 150
10. İndirgenme-Yükseltgenme (Redoks) ................................................................................................................ 150
11. Nötürleşme Tepkimeleri .................................................................................................................................... 153
12. Metallerin Asit, Baz ve Su İle Tepkimeleri......................................................................................................... 153
ÇÖZÜMLÜ TEST.......................................................................................................................................................... 156
ÇÖZÜMLER ................................................................................................................................................................. 159
7. BÖLÜM: MOL KAVRAMI
A. MOL KAVRAMI ....................................................................................................................................................... 165
1. Avogadro Sayısı ve Mol Sayısı........................................................................................................................... 165
2. Bağıl Kütle ve Mol Kütlesi ................................................................................................................................... 167
3. Molar Hacim ....................................................................................................................................................... 169
4. Avogadro Hipotezi .............................................................................................................................................. 170
ÇÖZÜMLÜ TEST.......................................................................................................................................................... 171
ÇÖZÜMLER ................................................................................................................................................................. 174
8. BÖLÜM: STOKİYOMETRİ
A. KİMYASAL YASALAR ............................................................................................................................................ 179
1. Kütlenin Korunumu Yasası ................................................................................................................................. 179
2. Sabit Oranlar Yasası........................................................................................................................................... 179
3. Katlı Oranlar Yasası............................................................................................................................................ 181
4. Sabit Hacim Oranları Yasası .............................................................................................................................. 183
B. KİMYASAL HESAPLAMALAR ............................................................................................................................... 183
1. Miktarlı Geçiş Problemleri................................................................................................................................... 184
2. Artan Madde Problemleri .................................................................................................................................... 185
3. Karışım Problemleri ............................................................................................................................................ 186
4. Basit ve Molekül Formülü Bulma Problemleri ..................................................................................................... 187
ix
5. Verim Problemleri ............................................................................................................................................... 189
6. Saflık Problemleri ............................................................................................................................................... 190
7. Birbirini İzleyen Reaksiyonlar ............................................................................................................................. 191
ÇÖZÜMLÜ TEST.......................................................................................................................................................... 192
ÇÖZÜMLER ................................................................................................................................................................. 195
9. BÖLÜM: GAZLAR
A. GAZLARIN GENEL ÖZELLİKLERİ ........................................................................................................................ 201
Brown Hareketi ....................................................................................................................................................... 201
B. KİNETİK GAZ TEORİSİ........................................................................................................................................... 201
Gazların Difüzyonu ................................................................................................................................................. 202
Efüzyon................................................................................................................................................................... 203
C. GAZLARDA BASINÇ, HACİM, MOL SAYISI VE SICAKLIK İLİŞKİSİ ................................................................... 204
Basınç..................................................................................................................................................................... 204
İdeal Gaz Denklemi ................................................................................................................................................ 207
Gazların Yoğunluğu ................................................................................................................................................ 208
D. GAZ YASALARI ...................................................................................................................................................... 209
1. Basınç-Hacim İlişkisi (n-T sabit) (Boyle-Mariotte Yasası) ................................................................................... 209
2. Basınç-Mol Sayısı İlişkisi (V ve T sabit).............................................................................................................. 212
3. Basınç-Sıcaklık İlişkisi (V-n sabit) (Gay Lussac Yasası)..................................................................................... 212
4. Hacim-Sıcaklık İlişkisi (P-n Sabit) (Charles Yasası) ........................................................................................... 212
5. Hacim-Mol Sayısı İlişkisi (P-T Sabit) (Avodagro Yasası) .................................................................................... 214
Kısmi Basınç........................................................................................................................................................... 216
Genel Gaz Denklemi .............................................................................................................................................. 217
Gazların Karıştırılması ............................................................................................................................................ 217
Tepkimeli Gaz Problemleri ...................................................................................................................................... 219
Su Üstünde Toplanan Gaz Basıncı......................................................................................................................... 222
Gerçek Gazlar ........................................................................................................................................................ 223
Henry Yasası .......................................................................................................................................................... 225
Atmosferde Su Buharı ............................................................................................................................................ 226
ÇÖZÜMLÜ TEST ......................................................................................................................................................... 227
ÇÖZÜMLER ................................................................................................................................................................ 231
10. ÇÖZELTİLER
A. ÇÖZELTİLER........................................................................................................................................................... 237
Çözünme Olayı ....................................................................................................................................................... 237
Çözünme Entalpisi.................................................................................................................................................. 237
B. ÇÖZELTİ TÜRLERİ ................................................................................................................................................. 237
1. Çözücünün Durumuna Göre Çözeltiler............................................................................................................... 237
2. Çözünme Şekillerine Göre Çözeltiler.................................................................................................................. 238
x
3. Çözünen Madde Miktarına Göre Çözeltiler ........................................................................................................ 238
4. Çözünürlüğüne Göre Çözeltiler .......................................................................................................................... 239
C. ÇÖZÜNÜRLÜĞE ETKİ EDEN FAKTÖRLER .......................................................................................................... 239
Katıların Çözünürlüğüne Sıcaklığın Etkisi .............................................................................................................. 239
Gazların Çözünürlüğüne Sıcaklığın Etkisi .............................................................................................................. 240
Çözücü ve Çözünenin Türü .................................................................................................................................... 240
Basınç..................................................................................................................................................................... 240
Ortak İyon Etkisi ..................................................................................................................................................... 241
D. ÇÖZÜNME HIZI ....................................................................................................................................................... 241
Çözünme Hızını Etkileyen Faktörler ....................................................................................................................... 241
Çözeltilerin Özkütlesi .............................................................................................................................................. 242
E. DERİŞİM (KONSANTRASYON).............................................................................................................................. 242
Kütlece % Derişim .................................................................................................................................................. 242
F. ÇÖZELTİLER ARASI TEPKİMELER ....................................................................................................................... 249
1. Çökelme Tepkimeleri .......................................................................................................................................... 249
2. Nötürleşme Tepkimeleri ...................................................................................................................................... 249
3. Kimyasal Tepkimelerde Molarite Hesabı ............................................................................................................ 251
G. KOLİGATİF ÖZELLİKLER ...................................................................................................................................... 253
Buhar Basıncı ......................................................................................................................................................... 253
Clausius-Clapeyron Denklemi ................................................................................................................................ 255
Kaynama Noktası Yükselmesi ................................................................................................................................ 257
Donma Noktası ....................................................................................................................................................... 258
Osmotik Basınç ve Osmoz Olayı ............................................................................................................................ 259
Viskozite ................................................................................................................................................................ 261
Aktiflik Katsayısı ve İyonik Şiddet ........................................................................................................................... 261
Analiz İle İlgili Temel Kavramlar .............................................................................................................................. 262
Ayarlama ve Ayarlı Çözelti ..................................................................................................................................... 262
Birincil (Primer) ve İkincil (Sekonder) Standart ....................................................................................................... 262
ÇÖZÜMLÜ TEST -1 ..................................................................................................................................................... 264
ÇÖZÜMLÜ TEST -2 ..................................................................................................................................................... 267
ÇÖZÜMLER -1 ............................................................................................................................................................. 268
ÇÖZÜMLER -2 ............................................................................................................................................................. 272
11. BÖLÜM: RADYOAKTİFLİK
A. RADYOAKTİFLİK (ÇEKİRDEK TEPKİMELERİ) .................................................................................................... 275
B. IŞIMA TÜRLERİ ...................................................................................................................................................... 275
1. Alfa Işıması ......................................................................................................................................................... 275
2. Beta Işıması........................................................................................................................................................ 275
xi
3. Gama Işıması ..................................................................................................................................................... 276
4. Pozitron Işıması .................................................................................................................................................. 276
5. Nötron Işıması .................................................................................................................................................... 277
6. Proton Işıması .................................................................................................................................................... 277
7. Elektron Yakalaması (K yakalaması) .................................................................................................................. 277
Doğal Radyoaktiflik ................................................................................................................................................. 279
Yapay Radyoaktiflik ve Bombardıman .................................................................................................................... 279
Fisyon (Çekirdek Bölünmesi).................................................................................................................................. 279
Füzyon (Çekirdek Kaynaşması) ............................................................................................................................. 279
Yarılanma Süresi .................................................................................................................................................... 280
Radyasyon Birimleri................................................................................................................................................ 283
Çekirdek Bağlanma Enerjisi ................................................................................................................................... 283
Atom Altı Parçacıklar .............................................................................................................................................. 284
Radyoaktif Işık ........................................................................................................................................................ 285
Absorplanmış Doz .................................................................................................................................................. 285
Doğadaki Temel Kuvvetler ...................................................................................................................................... 286
Radyoaktif Tepkimelerin Kinetiği............................................................................................................................. 286
ÇÖZÜMLÜ TEST.......................................................................................................................................................... 287
ÇÖZÜMLER ................................................................................................................................................................. 290
12. BÖLÜM: TERMODİNAMİK
A. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ ................................................................................................................... 295
Sistem ve Çevre ..................................................................................................................................................... 295
İç Enerji (U)............................................................................................................................................................. 295
Enerji ve İş .............................................................................................................................................................. 295
Termodinamiğin I. Kanunu ...................................................................................................................................... 296
B. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ DEĞİŞİMİ .................................................................................................. 297
Endotermik Tepkimeler ........................................................................................................................................... 297
Ekzotermik Tepkimeler ........................................................................................................................................... 298
Sistemlerde Entalpi Değişimi .................................................................................................................................. 299
Oluşum Entalpisi (Isısı)........................................................................................................................................... 299
Tepkime Entalpisi (∆H) Hesaplanması ................................................................................................................... 301
HESS Yasası (Tepkime Isılarının Toplanabilirliği) ................................................................................................... 302
Bağ Enerjileri .......................................................................................................................................................... 304
Kalorimetre Kabı ..................................................................................................................................................... 305
İstemlilik .................................................................................................................................................................. 306
Termodinamiğin 2. Kanunu ..................................................................................................................................... 306
Termodinamiğin 3. Kanunu ..................................................................................................................................... 307
Gibbs Serbest Enerjisi (kj/mol) ............................................................................................................................... 307
Serbest Enerji ve Kimyasal Denge ......................................................................................................................... 309
xii
Buharlaşma Entalpisi .............................................................................................................................................. 309
Trouton Kuralı ......................................................................................................................................................... 310
ÇÖZÜMLÜ TEST -1 ..................................................................................................................................................... 311
ÇÖZÜMLÜ TEST -2 ..................................................................................................................................................... 313
ÇÖZÜMLER -1 ............................................................................................................................................................. 315
ÇÖZÜMLER -2 ............................................................................................................................................................. 317
13. BÖLÜM: KİMYASAL KİNETİK
A. TEPKİME HIZI ......................................................................................................................................................... 321
Tepkime Hızının İzlenmesi...................................................................................................................................... 322
Çarpışma Teorisi..................................................................................................................................................... 323
B. TEPKİME HIZINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER ......................................................................................................... 324
1. Derişimin Etkisi ................................................................................................................................................... 324
2. Sıcaklığın Etkisi .................................................................................................................................................. 324
3. Basınç ve Hacim Etkisi ....................................................................................................................................... 325
4. Katalizörün Etkisi ................................................................................................................................................ 326
5. İnhibitör Etkisi ..................................................................................................................................................... 327
6. Madde Cinsinin Etkisi ......................................................................................................................................... 327
7. Temas Yüzeyinin Etkisi ....................................................................................................................................... 328
C. HIZ DENKLEMİNİN YAZILMASI ............................................................................................................................. 328
1. Tek Basamaklı (Mekanizmasız) Tepkimelerde Hız Bağıntısı .............................................................................. 328
2. Çok Basamaklı (Mekanizmalı) Tepkimelerde Hız Bağıntısı ................................................................................ 329
Tepkime Mekanizmasına Katalizörün Etkisi ........................................................................................................... 330
Deneysel Yoldan Hız Denkleminin Bulunması ....................................................................................................... 331
Birinci Dereceden Reaksiyon Hız Denklemi ve Yarılanma Ömrü ........................................................................... 333
İkinci Dereceden Reaksiyon Hız Denklemi............................................................................................................. 334
Sıfırıncı Dereceden Reaksiyon Hız Denklemi ........................................................................................................ 334
Anlık Hız ................................................................................................................................................................. 334
ÇÖZÜMLÜ TEST -1 ..................................................................................................................................................... 336
ÇÖZÜMLÜ TEST -2 ..................................................................................................................................................... 340
ÇÖZÜMLER -1 ............................................................................................................................................................. 342
ÇÖZÜMLER -2 ............................................................................................................................................................. 345
14. BÖLÜM: KİMYASAL DENGE
A. FİZİKSEL DENGE ................................................................................................................................................... 349
B. KİMYASAL DENGE ................................................................................................................................................. 349
Denge Sabiti ........................................................................................................................................................... 349
Derişimler Türünden Denge Sabiti ......................................................................................................................... 350
Dengenin Nicel Görünümü ..................................................................................................................................... 350
xiii
Kısmi Basınçlar Türünden Denge Sabiti................................................................................................................. 352
Denge Sabitinin Değişimi ....................................................................................................................................... 353
Dengenin Kontrolü (Denge Kesri)........................................................................................................................... 354
C. DENGEYE ETKİ EDEN FAKTÖRLER (Le Chatelier İlkesi) .................................................................................. 356
1. Derişimin Etkisi ................................................................................................................................................... 356
2. Basınç ve Hacmin Etkisi ..................................................................................................................................... 358
3. Sıcaklığın Etkisi .................................................................................................................................................. 359
Kimyasal Dengenin Nedeni .................................................................................................................................... 360
ÇÖZÜMLÜ TEST.......................................................................................................................................................... 361
ÇÖZÜMLER ................................................................................................................................................................. 364
15. BÖLÜM: ÇÖZÜNÜRLÜK DENGESİ
A. ÇÖZÜNÜRLÜK DENGESİ ...................................................................................................................................... 369
Çözünürlük ............................................................................................................................................................. 369
Çözünme Olayında Düzensizlik Faktörü ................................................................................................................ 369
Çözünürlük Çarpımı................................................................................................................................................ 370
Çözünürlük Çarpımının Hesaplanması................................................................................................................... 370
Ortak İyonun Çözünürlüğe Etkisi ............................................................................................................................ 372
Çökelme Koşulu ..................................................................................................................................................... 373
Seçimli Çöktürme ................................................................................................................................................... 375
Çözünürlüğe Yabancı İyon Etkisi ............................................................................................................................ 376
Çözünürlüğe Hidrojen (Hidronyum) İyonu Derişiminin Etkisi .................................................................................. 376
B. KOMPLEKS İYON DENGELERİ VE Kçç ............................................................................................................... 376
Kompleks İyon Dengeleri ve Oluşum Sabitleri ....................................................................................................... 376
Kompleks İyonlar İçeren Bir Çözeltide Çökelek Oluşması ..................................................................................... 377
Ligand Derişiminin Çökmeyi Önleyecek Şekilde Ayarlanması ............................................................................... 378
Ligand Derişiminin Çökmeyi Önleyecek Şekilde Kompleks İyon Oluşması ve Çözünürlük ................................... 378
Kompleks İyonları Oluşturan Bir Çözeltiden Çökelek Oluşması ............................................................................. 378
ÇÖZÜMLÜ TEST ......................................................................................................................................................... 379
ÇÖZÜMLER ................................................................................................................................................................ 382
16. BÖLÜM: SULU ÇÖZELTİLERDE ASİT - BAZ DENGESİ
A. SULU ÇÖZELTİLERDE ASİT-BAZ DENGESİ ........................................................................................................ 387
1. Arrhenius Asit-Baz Tanımı .................................................................................................................................. 387
2. Lowry-Bronsted Asit-Baz Tanımı ........................................................................................................................ 387
3. Lewis Asit-Baz Tanımı ........................................................................................................................................ 388
Saf Suyun İyonlaşması ........................................................................................................................................... 389
pH ve pOH Kavramı ............................................................................................................................................... 389
Kuvvetli Asitlerde ve Bazlarda pH ve pOH ............................................................................................................. 392
xiv
Suda Asit ve Baz Dengeleri .................................................................................................................................... 393
Zayıf Asitlerde ve Bazlarda pH ve pOH .................................................................................................................. 393
Poliprotik Asitler ve pH ........................................................................................................................................... 395
İyonlaşma Yüzdesi ................................................................................................................................................. 395
Tampon Çözeltiler ................................................................................................................................................... 396
B. NÖTRLEŞME .......................................................................................................................................................... 398
Tam Nötrleşme ....................................................................................................................................................... 398
Kısmi Nötrleşme ..................................................................................................................................................... 399
Hidroliz.................................................................................................................................................................... 400
C. TİTRASYON ............................................................................................................................................................ 401
Asit veya Bazların Titrasyon Eğrileri ....................................................................................................................... 401
İndikatörler .............................................................................................................................................................. 404
ÇÖZÜMLÜ TEST -1 ..................................................................................................................................................... 406
ÇÖZÜMLÜ TEST -2 ..................................................................................................................................................... 409
ÇÖZÜMLER -1 ............................................................................................................................................................. 411
ÇÖZÜMLER -2 ............................................................................................................................................................. 415
17. BÖLÜM: ELEKTROKİMYA
A. ELEKTROKİMYA .................................................................................................................................................... 419
Aktiflik ..................................................................................................................................................................... 419
İndirgenme ve Yükseltgenme Potansiyeli............................................................................................................... 420
B. ELEKTROKİMYASAL PİL ....................................................................................................................................... 422
Bir Elektrokimyasal Pilin Çalışma Sistemi .............................................................................................................. 422
Anot ........................................................................................................................................................................ 422
Katot ....................................................................................................................................................................... 423
Tuz Köprüsü ........................................................................................................................................................... 423
Pil Denklemi ve Pil Potansiyeli ............................................................................................................................... 423
Pil Potansiyelinin Değişimi...................................................................................................................................... 424
Derişim Pilleri.......................................................................................................................................................... 426
Derişimin Pil Gerilimine Etkisi-Nerst Denklemi ....................................................................................................... 427
Redoks Tepkimelerin İstemliliği .............................................................................................................................. 427
Elektroliz ................................................................................................................................................................. 429
Erimiş NaCI Tuzunun Elektrolizi ............................................................................................................................. 431
NaCI Çözeltisinin Elektrolizi.................................................................................................................................... 432
Kaplamacılık ........................................................................................................................................................... 433
Elektrolizin Nicel Yönü ............................................................................................................................................ 433
ÇÖZÜMLÜ TEST ......................................................................................................................................................... 436
ÇÖZÜMLER ................................................................................................................................................................. 441
xv
18. BÖLÜM: ORGANİK KİMYA
A. HİDROKARBONLAR .............................................................................................................................................. 447
Alkanlar................................................................................................................................................................... 447
İzomer Maddeler..................................................................................................................................................... 447
Yapısal İzomerlik .................................................................................................................................................... 448
Alkanların Adlandırılması........................................................................................................................................ 449
B. ORGANİK REAKSİYONLAR .................................................................................................................................. 451
Yer Değiştirme Tepkimeleri .................................................................................................................................... 451
Kovalent Bağların Bölünmesi ................................................................................................................................. 451
Radikaller................................................................................................................................................................ 452
Seçimli Radikalik Halojenlemeler ........................................................................................................................... 452
C. ALKANLARIN ELDESİ ........................................................................................................................................... 453
1. Würtz Sentezi ..................................................................................................................................................... 453
2. Grignard Bileşiklerinin Hidrolizi ........................................................................................................................... 453
3. Karboksilli Asit Tuzlarının Dekarboksilasyonu .................................................................................................... 453
4. Alkil Halojenürlerin İndirgenmesi ........................................................................................................................ 454
5. Doymamış Hidrokarbonların İndirgenmesi ......................................................................................................... 454
Açık-Zincirli Bileşiklerin Konformasyonları.............................................................................................................. 454
Sikloalkanlar ........................................................................................................................................................... 455
D. DOYMAMIŞ HİDROKARBONLAR ......................................................................................................................... 456
Alkenler................................................................................................................................................................... 456
Alkadienler .............................................................................................................................................................. 457
Siklo Alkenler .......................................................................................................................................................... 457
Alkenlerde İzomeri .................................................................................................................................................. 457
E. STEREOİZOMERİ ................................................................................................................................................... 458
Cis-trans izomerliği ................................................................................................................................................. 458
(E) ve (Z) Adlandırma Sistemi ................................................................................................................................ 458
Chan-Ingold-Prelog Öncelik Sıralama Sistemi ....................................................................................................... 458
Halkalı Bileşiklerde Geometrik İzomeri ................................................................................................................... 459
F. ALKENLERİN TEPKİMELERİ ................................................................................................................................. 459
1. Yanma Tepkimeleri ............................................................................................................................................. 459
2. Katılma Tepkimeleri ............................................................................................................................................ 460
Alkenlere Hidrojen Halojenürlerin Katılmasının Mekanizması ............................................................................... 460
Karbokatyonların Kararlılığı .................................................................................................................................... 461
Alkenlere Su Katılması ........................................................................................................................................... 461
Alkenlere Halojen Katılması ................................................................................................................................... 461
Alkenlerin Yükseltgenme Tepkimesi ....................................................................................................................... 462
Alkenlerin Yükseltgenmeli Bölünmesi..................................................................................................................... 462
Polimerleşme Tepkimeleri....................................................................................................................................... 462
G. ALKENLERİN TEPKİMELERİ ................................................................................................................................ 463
Alkenlerin Elde Edilme Tepkimeleri ........................................................................................................................ 463
xvi
H. ALKİNLER ............................................................................................................................................................... 464
Alkinlerin Adlandırılması ......................................................................................................................................... 464
Alkinlerin Tepkimeleri .............................................................................................................................................. 464
Alkinlerin Yükseltgenmeli Bölünmesi ...................................................................................................................... 465
Alkinlere Katılma Tepkimeleri Özet ......................................................................................................................... 466
Alkinlerin Elde Edilme Tepkimeleri.......................................................................................................................... 466
I. ALKOLLER, ETERLER, ALDEHİTLER VE KETONLAR......................................................................................... 467
Alkoller .................................................................................................................................................................... 467
Alkollerin Adlandırılması ......................................................................................................................................... 468
Eterler ..................................................................................................................................................................... 471
Aldehitler ve Ketonlar ............................................................................................................................................. 472
İ. KARBOKSİLLİ ASİTLER, ESTERLER, KARBONHİDRATLAR,
AZOTLU ORGANİK BİLEŞİKLER, AROMATİKLER ............................................................................................... 476
1. Monokarboksilli Asitler ........................................................................................................................................ 476
2. Polikarboksilli Asitler ........................................................................................................................................... 476
Karboksilli Asitlerin Adlandırılması ......................................................................................................................... 476
Karboksilli Asitlerin Genel Elde Edilme Tepkimeleri ............................................................................................... 477
Karboksilli Asitlerin Özellikleri ................................................................................................................................. 478
Karboksilli Asitlerin Kimyasal Tepkimeleri............................................................................................................... 478
Esterler ................................................................................................................................................................... 479
Yağlar ..................................................................................................................................................................... 481
Karbonhidratlar ....................................................................................................................................................... 481
Azotlu Organik Bileşikler......................................................................................................................................... 482
Aromatik Bileşikler .................................................................................................................................................. 484
J. STEREOİZOMERİ .................................................................................................................................................... 493
Optik İzomeri (Optikçe Aktiflik) ............................................................................................................................... 493
Asimetrik Karbon Atomu ......................................................................................................................................... 494
Simetrik Karbon Atomu........................................................................................................................................... 494
Enantiyomerler ve Rotamerler ................................................................................................................................ 494
Polarize Işık ............................................................................................................................................................ 494
D ve L Tipi Enantiyomerler ..................................................................................................................................... 494
R-S Adlandırma Sistemi ......................................................................................................................................... 495
Rasemik Karışım .................................................................................................................................................... 495
Birden Fazla Asimetrik Karbon ............................................................................................................................... 495
İki Kiral Karbon Atomlu Bileşiklerde (R) ve (S)Sistemi ........................................................................................... 496
Diastereomerler ...................................................................................................................................................... 496
ÇÖZÜMLÜ TEST -1 ..................................................................................................................................................... 497
ÇÖZÜMLÜ TEST -2 ..................................................................................................................................................... 500
ÇÖZÜMLER -1 ............................................................................................................................................................. 505
ÇÖZÜMLER -2 ............................................................................................................................................................. 507
KAYNAKLAR ............................................................................................................................................................... 509
ALAN BİLGİSİ
1. BÖLÜM
MADDE
5
A. KİMYA BİLİMİ
Kimya bilimi maddeyi incelemektedir. Kimya, maddenin
yapısını, özelliklerini, bileşimini, etkileşimlerini ve tepkimelerini araştıran bilim dalıdır. Genel bir ifadeyle Kimya
maddenin özellikleriyle, sınıflandırılmasıyla, atomlarla,
atom teorisiyle, kimyasal bileşiklerle, kimyasal tepkimelerle, maddenin hâlleriyle, molekül içi ve moleküller arası
çekim kuvvetlerle, kimyasal bağlarla, tepkime hızıyla ve
kimyasal dengenin prensipleriyle ve benzeri konularla
ilgilenir.
Kimyanın ana bilim dalları ise;
1. Analitik kimya,
2. Anorganik kimya,
3. Organik kimya,
4. Fizikokimya,
5. Biyokimya
şeklinde sınıflandırılabilir. Aslında bu ana bilim dallarına
ülkemizde ve yabancı ülkelerde yeni eklemeler yapılmıştır.
Örnek
Polimer Kimyası, Nanoteknoloji, Biyoteknoloji, Yüzey
Kimyası, Biyoorganik Kimya vb.
Ancak kitabımızın içeriğinde biyokimya ve yukarıda örnekler verdiğimiz ana bilim dallarına değinmeyeceğiz.
Ayrıca ana bilim dalları ayrı başlıklar altında incelenmeyecek, konular bütüncül bir anlayış içerisinde verilmeye
çalışılacaktır.
İsterseniz önce Kimyanın temel bir bilim dalı olma sürecini birlikte inceleyelim. Kimya biliminin temelini Simya
oluşturmaktadır. Simyadan Kimya bilimine geçişin tarihsel sürecini şöyle özetleyebiliriz:
Kimyanın bugün bulunduğu nokta yaklaşık 3 bin yıllık bir
bilgi birikiminin sonucudur. Doğada süre giden olayların
nedenlerini araştırmak, bunlara anlamlı açıklama bulmak
tarih kadar eski bir olaydır. Bütün öteki bilim dalları gibi
kimya da insanın yararlandığı basit buluşlarla gelişmiştir.
İnsanları yeni maddeler keşfetmeye yönelten ihtiyaçları
aşağıdaki şekilde sıralayabiliriz.
1. Beslenme ihtiyacı: Önce hayatta kalabilmek için doğadaki yenilebilir maddeleri keşfetmekle işe başladılar.
2. Barınma ve korunma ihtiyacı: Sonra yıldırımlardan
ve vahşi hayvanlardan korunmak için kendilerine uygun barınaklar hazırlamakla işe devam ettiler. Mağaralar ve değişik barınma yerleri inşaat ettiler.
3. Savunma ve avlanma ihtiyacı: Hayatta kalabilmek ve
hayatı kolaylaştırmak için değişik aletler ürettiler.
4. Isınma ihtiyacı: Ateşi kullanmayı öğrendiler.
5. Günlük hayatını kolaylaştırma ihtiyacı: Demire ve bakıra şekil vermeyi keşfettiler.
6. Giyinme ihtiyacı: Avladıkları hayvanların derilerinden
elbiseler ürettiler.
7. Dış görünüşünü değiştirme çabası: Güzelleşmek ve
dış görünüşlerini daha güzel göstermek için değişik
boyaları ürettiler ve kullandılar.
8. Değişik tatları kullanma ve gıdalarını daha uzun saklama ihtiyacı: Tuzu buldular.
9. Hastalıkları ve yaraları tedavi etme ihtiyacı:Yaralarını
iyileştirmek için değişik bitkilerden elde ettikleri maddeleri ilaç olarak kullandılar.
MÖ 2000 yıllarından beri Mısır’daki kimyacılar basit ilaçların yapımı ve bunların üretimi ile ilgilenmişlerdir. Sınama − yanılma yöntemiyle bazı bitkilerin öz sularının
iyileştirici, bazılarının ise zararlı etkileri olduğunu görmüşlerdir. Bu dönemde kimyanın büyü ve tılsımla eşdeğer tutulduğu da söylenebilir.
Eldeki bilgiler Mısırlıların bakır, kurşun ve civayı cevherlerinden ayırabildiklerini, cam yapımı, boyacılık ve
altın saflaştırma konularında oldukça fazla deneyimleri
olduğunu göstermektedir. Mısır uygarlığı kimyadan geniş ölçüde yararlanmış olmasına rağmen işin daha çok
pratik yönü ile ilgilendikleri, teorik yönü ile ilgilenmedikleri
anlaşılmaktadır.
Yunan filozofları ise Mısırlıların tersine işin teorik yönü
ile ilgilenmişler, deneysel yönü ile pek ilgilenmemişlerdir.
Yunan Felsefesine Göre Kimya
Yunan filozoflarının bir kısmı bütün maddelerin belli bir
ana maddesi olduğunu ileri sürmüşlerdir. Bir başka ifadeyle doğadaki çeşitli görünümlerdeki maddelerin belli
bir ortak özelliği, yapısı vardır.
Empedokles (MÖ 492−432) ana maddenin dört unsurdan (elementten) oluştuğunu ileri süren ilk düşünürdür.
Empedokles’e göre ana madde hava, su, toprak ve ateş
olmak üzere dört elementten meydana gelmektedir. Bu
dört elementten biri katı (toprak), biri sıvı (su), biri ise gaz
(hava) dır. Ateş de havadan daha hafif bir çeşit gaz olarak kabul edilmektedir. Bu görüşe göre bir cisim yandığı
zaman kendini oluşturan elementlerine ayrışmaktadır.
Mesela odun karmaşık bir maddedir. Yandığında ateş
açığa çıkar. Duman (hava) yükselir. Yanma sırasında
suyun kaynadığı görülebilir. Yanma sonunda kalan kül
ise toprağı belirtir. Bu nedenle hava, su, toprak ve ateşin
birleşerek odunu oluşturduğuna inanılır.
Leukippos (MÖ 5. yüzyıl) ve onun öğrencisi olan Demokritos (MÖ 460 − 370) atom kavramını ilk ortaya
atan bilginlerdir. Bunlar maddenin en küçük parçasına,
Yunancadaki bölünemez anlamına gelen atomos adını
vermişlerdir. Atomların sürekli hareket hâlinde olduğunu
söyleyen Demokritos’tur.
6
Demokritos’a göre uzay, atomların düşünülmeyecek kadar uzun süredir içinde hareket ettikleri büyük boşluktur.
Aristo (MÖ 384 − 322), Empodokles’in dört elementinden
(hava, su, toprak, ateş) esinlenerek yeni bir kuram ortaya
koyar. Aristo, maddenin temel özellikleri olarak adlandırdığı sıcaklık, soğukluk, nemlilik (ıslaklık) ve kuruluğun
çiftler hâlinde birleşmesiyle bu elementlerin meydana
geldiğini ileri sürer. Buna göre su, nemli ve soğuk şeylerin, ateş ise sıcak ve kuru şeylerin özüdür. Dört temel
özellik ikişer ikişer birleşerek yalnız dört bileşim meydana getirebilir. Çünkü sıcak ile soğuk veya kuru ile yaş gibi
karşıt özellikler birleşemez. Özelliklerden birinin yerine
ötekinin geçmesiyle bir element ötekine dönüşebilir.
Sıcak
Ateş
Simyacılar çalışmalarını yüzyıllarca sürdürmüşler ancak
yanlış bir varsayımdan yola çıktıkları için bekledikleri sonucu alamamışlardır. Bununla birlikte simyacıların çalışmalarının tamamen boşa gittiği de söylenemez.
Yapılan çok sayıdaki araştırma gerçek bilginin öğrenilmesini sağlamıştır.
Simyanın kimya bilimine katkıları üç başlıkta incelenebilir:
1. Yeni kimyasal maddelerin (özellikle bazı karışımların) ilk defa elde edilmesi
2. Bugün laboratuvarda kullandığımız deney araç gereçlerinin ilk basit örneklerinin keşfedilip kullanılması
3. Günümüzde kimya deneylerinde kullanılan bazı yöntemlerin ve en temel işlemlerin (damıtma, kristallendirme vs.) kullanılması
Kuru
Toprak
Hava
Islak
Soğuk
Su
Şekil: Aristonun Element Sınıflandırması
Orta Çağ'da Kimya
Orta Çağ'daki kimyacılar ki bunlara simyacılar (alşimistler) da denir, yeni bir teori getirdiler. Bütün deneysel
çalışmalarını bu teoriye dayandırdılar. Onlar şuna inanıyorlardı, insanlar dâhil doğadaki her şey bir bütünlüğe,
mükemmelliğe doğru gitmektedir. Altının gerçek metal
olduğuna karar verdiler. Çünkü bu element havadan etkilenmiyordu, asitlere karşı dayanıklı idi ve kükürtle ısıtıldığında öteki metaller gibi etkilenmiyordu. Onlara göre
bütün metaller altına dönüşme yönünde bir çaba içindedir. Altın ile öteki metaller arasındaki tek fark bunların olgunluk dereceleri yani yaşlarıdır. Bunlar doğadaki yavaş
dönüşümlerini hızlandırmanın mümkün olduğunu düşünüyorlardı. Dolayısıyla bir metalin başka bir metale ve
sonunda altına dönüştürülmesi ana amaç hâline gelmişti.
Simya, saf olmayan metallerden altın elde edilmesi veya
insan ömrünü sonsuza kadar uzatmayı sağlayacak olan
hayat iksirinin bulunması ile eş anlamlı tutulmuştur. Gerçekten de simyacılar daha çok zenginlik ve uzun ömür
sağlamak için kimya ile ilgileniyorlardı.
Orta Çağ’dan itibaren Avrupalı simyagerler hem madenleri altına çevirmek hem de ölümsüzlük iksiri yapmada
kullanılacağını düşündükleri efsanevi bir madde olan
"Felsefe Taşı" nın bulunması için büyük çaba harcadılar.
Simyanın temel bir bilim dalı olmamasının nedenleri aşağıdaki nedenlere bağlanabilir.
1. Simya teorik temellere sahip değildir.
2. Sınama−yanılma yolu ile olayları anlamaya çalışır.
3. Sistematik bilgi birikimine sahip değildir.
Simyacılar yüzyıllar boyunca günümüzdeki laboratuvarlarda hâlen kullanılan birçok kimyasal metodu kullanmıştır.
Sabitleştirme
Damıtma
Çözme
Süblimleştirme
Yumuşatma
Mayalandırma
Eski çağlarda insanlar, sınama yanılma yolu ile doğada
bulunan bir kısım maddenin faydalarını keşfetmişlerdir.
Bu maddelere örnek olarak;
Simyadan günümüze aktarılan bulgular:
•
Barut
•
Madenlerin işlenmesi
•
Metaller üzerinde çalışmalar
•
Mürekkep
•
Kozmetik
•
Boya üretimi
•
Derinin boyanması
•
Seramik
•
Esans üretimi
•
Kâğıt
•
Cam
Simyacıların çalışmaları sonucunda keşfedilen kimyasal maddeler:
Sülfürik asit: H2SO4 (Zaç yağı)
Nitrik asit: HNO3 (Kezzap)
Hidroklorik asit: HCl (Tuz ruhu)
Demir−II−sülfat: FeSO4 (Kıbrıs taşı−Zaç−Kıbrıs−Vitriyol)
Asetik asit: CH3COOH (Sirke ruhu)
7
Potasyum alüminyum sülfat: KAl (SO4)2 (Şap)
Filojiston Kuramı ve Yanma
Sodyum sülfür: Na2S (Sarı zırnık)
Empedokles’in yanan bir cisimden bir şeylerin ayrıldığını
ve geride hafif bir kül bıraktığını gözlemlediğini söylemiştik.
Potasyum nitrat: KNO3 (Hint güherçilesi)
Sodyum nitrat: NaNO3 (Şili güherçilesi)
Na−stearat + Na−oleat + Na−palmitat: (Sabun)
K−stearat + K−oleat + K−palmitat: (Arap sabunu)
Pb3O4: Kurşun oksit ( Süleğen, turuncu boya )
Sodyum Klorür: NaCl (Yemek tuzu)
Bakır−II−Sülfat: CuSO4 (Göz taşı)
Kükürt: S
Malahit Yeşili: Cu2 CO3 (OH)2 ‘dir. Kil: m Al2O3, nSiO2, p H2O
Çinko sülfür: ZnS (Üstübeç−beyaz boya)
Hıristiyanlığın ilk yüzyılında Yahudi Maria olarak bilinen
bir kadın simyacı çeşitli türde fırınlar, ısıtma ve damıtma düzenekleri geliştirmiş, Simyacı Kleopatra ise altın
yapımı konusunda bir kitap yazmıştır. Maria’nın buluşu olan su banyosu günümüzde de “Benmari” adı altında kullanılmaktadır. MS 350− 420 yılları arasında
İskenderiye’de yaşamış olan Zosimos, simya öğretisinin en önemli temsilcisidir ve 28 ciltlik bir simya ansiklopedisi yazmıştır.
Cabir−İbn Hayyan, Ebubekir el−Razi ve İbn Sina ünlü
Müslüman simyacılardır.
Ebu Musa Câbir bin Hayyan (721−815) Harran Üniversitesi rektörüdür.
Atomun parçalanabileceğini ifade eden büyük bir bilim adamıdır. İnbik adı verilen laboratuvar düzeneğini
geliştirmiş ve kendisinin ortaya attığı "Baz" kavramıyla
Kimya’nın gelişmesine katkıda bulunmuştur. Eserlerinden 12. yüzyılda Latinceye çevrilmiş olan Kitab alKimya adlı eseri, Simya ve Kimya kelimelerinin kökeni
oluşturmuştur.
İnbik (Damıtma Aracı)
Bundan sonra yanan bir cismin ağırlığında bir azalma
ile bozunduğu genel olarak kabul görmeye başlamıştır.
Robert Boyle (1626−1691); metallerin oksitlerine dönüştürülmelerinde ağırlıklarının arttığını, solunum ve yanma sırasında havanın bir kısmının azaldığını (oksijen)
ve geride yanma için elverişsiz bir gaz kaldığını (azot)
biliyordu. Alman kimyacı Becher, 1669 yılında ateşi yanan cisimdeki bir element olarak tanımlamış ve yanma
sırasında bunun kaçıp gittiğini varsaymıştır. Daha sonra
1702 yılında Georg Stahl, bu nesneyi Filojiston (Phylopiston) olarak adlandırmıştır. Bu teoriye göre, metaller
ısıtıldıklarında filojiston kaybederler ve kül şeklinde artık
bırakırlar (maden külü). Filojistonca zengin olan odun
kömürü veya hidrojen ile ısıtılırsa kaybettiği filojistonu
tekrar soğurur ve tekrar metal hâline gelir. Yanıcı cisimler yanıcı olmayan bir kısım ile filojiston’dan oluşmuştur.
Buna göre metal oksitler birer element, metaller ise metal
oksit (kül) ve filojiston’dan oluşan birer bileşiktir. Bu teori
yaklaşık 100 yıl kimyaya egemen olmuştur.
Bu teoriye göre yanmakta olan bir kibrit kapalı bir kaba
bırakılırsa bir süre sonra sönecektir. Çünkü şişe içindeki
hava filojiston yönünden doymuş hâle gelecektir. Canlı
organizmaların yaptığı da zaten, bünyeyi filojiston yönünden arındırmaktır. Bir fanusun altındaki fare, etrafındaki hava filojiston yönünden doygun hâle gelince ölür.
Bu teori gerçekte çok ilginçtir. Yanma olayı, hiçbir tartım
yapılmadan bizim bugünkü açıklamamıza benzer şekilde
açıklanmaktadır. Dikkat edilirse bu teorideki filojiston bir
bakıma bizim karbondioksite eşdeğer olmaktadır.
Modern Kimyanın Öncüleri (17. Yüzyılda Kimya)
Orta Çağ'da kimyadan pratik olarak yararlanılır ve zenginlik aracı olarak bakılırken 1661 yılında İngiliz bilgini
Robert Boyle’nin (1626−1691) “şüpheci kimyager” adlı
yapıtının yayımlanmasıyla Aristocuların görüşü altüst
olmuştur. Robert Boyle ilk kez kimyasal elementleri maddenin parçalanamayan yapı taşları olarak tanımlamıştır.
Yine ilk kez kimyasal bileşikler ile karışımlar arasındaki
ayrımı yapmış ve kimyasal bileşiklerde maddenin özelliklerinin değiştiğini, basit karışımlarda ise her bir maddenin
özelliklerinin korunduğunu açıkça belirtmiştir. Buna göre
element bir özellik değil, bir maddedir. Bileşikler elementlerin birleşmesinden meydana gelirler. Görüldüğü gibi
Robert Boyle, element ve bileşiklerin bugün de geçerli
olan doğru tanımlarını yapmıştır. Robert Boyle’nin çalışmalarının en önemli özelliklerinden biri de gazlar üzerinde yaptığı deneylerdir.
8
Çalışmaları sonunda gazların basıncı ile hacminin ters
orantılı değiştiğini bulmuştur. Bu yasa bugün de kendi
ismiyle anılır.
Lavoisier (1743−1794), Filojiston kuramının egemen
olduğu bir dönemde, yanma olayını bugünkü anlamda
açıklayan bilgindir. Lavoisier, metal oksitlerinin oksijen
ile metallerin verdiği bileşikler olduğunu kanıtlamıştır.
Kapalı kaplarda yaptığı deneylerle bir kimyasal tepkime
sırasında maddenin değişmediğini bulmuştur. Bu buluşu
“Kütlenin Korunumu Yasası” olarak bilinir. Buna göre hiçbir şey, ne yapay yollarla ne de doğal işlemlerle, yeniden
yaratılamaz. Her bir işlemde madde miktarı, işlemden
önce ve sonra aynıdır. Değişen yalnız biçimleridir. Bir
başka deyişle her bir işlemde maddenin niceliği değişmez, yalnız niteliği değişir.
Lavoiser’in bu yasası Einstein’in görecelik (rölativite) kuramını ortaya atmasına kadar geçerliğini korudu; Nicel
kimya Lavoisier’in bu kuramına dayanır. Lavoisier’den
sonra kimyagerler, kimyasal olaylardaki kütleler üzerindeki çalışmalarını yoğunlaştırmışlardır. Bileşik ile karışım
arasındaki fark belirginleşmeye başlamıştır.
Bir kısım kimyagerler bileşiklerdeki element oranlarının
değişken olduğunu söylerlerken J. L. Proust (1755−1826)
bileşiklerin belli bir bileşiminin olduğunu, bileşiklerin özelliklerinin ve kendini meydana getiren bileşenlerin oranının değişmediğini ortaya atmıştır. Bu prensip bugün "Sabit Oranlar Yasası" olarak bilinir.
Richter birleşme oranları yasası ile Stokiometrinin (madde denkliği) kurucusu sayılır. Asit ve bazın nötrleştirilmesi yardımıyla miktar oranlarını saptamıştır. Demir veya
cıva gibi bazı elementlerin oksijenle farklı oranlarda birleşebileceğini ileri sürmüştür ki bu çok sonraları değerlik
kavramıyla doğrulanabilen bir gözlemdir.
Alman kimyager Jeremias Richter (1767 − 1807)
1792 − 1802 yılları arasındaki çalışmalarında o güne kadar çağdaşlarının ihmal ettiği bir konuda önemli buluşlar
yaptı. Buna göre birbiriyle tepkimeye giren iki elementin
birleşme oranlarındaki miktar bu elementlerin bir üçüncü
elemente verdikleri tepkimelerde de aynıdır.
Birim Sistemleri
Birim: Bir büyüklüğü ölçmek ve karşılaştırmak amacıyla seçilen aynı cinsten büyüklüklere birim denir. 4 birim
sistemi vardır.
MKS (metre − kilogram kuvvet − saniye)
CGS (santimetre − gram − saniye)
MTS (metre − ton − saniye)
(SI) UKSA (metre, kilogram, saniye, amper)
(SI) (metrik birimleri): Ölçümün bilimsel sistemi
Sys'teme Internationale d'Unites' (Uluslararası Birimler
Sistemi) diye bilinir ve (SI) şeklinde kısaltılır. Bu sistem
metre diye bilinen uzunluk birimini temel alan metrik sistemin modern şeklidir.
(SI) ondalık bir sistemdir.
(SI) Birim Sistemine Göre Temel Birimler
Miktar (Sembol)
Birim Adı
Kısaltılmış
Şekli
Uzunluk (ℓ)
metre
m
Kütle (m)
kilogram
kg
Zaman (t)
saniye
s
Sıcaklık (T)
kelvin
K
Madde Miktarı (n)
mol
mol
Elektrik Akımı (Ι)
amper
A
(SI) Bİrimleri İçin Kullanılan Ön Ekler:
Katlar
101
10
2
Ön Ek
Kısaltma
deka
da
hekta
h
103
kilo
K
106
mega
M
9
giga
G
1012
tera
T
Kesirler
Ön Ek
Kısaltma
-1
desi
d
-2
santi
c
-3
mili
m
-6
mikro
µ
-9
nano
n
-12
piko
p
10
Mesela 1g hidrojen 8g oksijenle birleşerek suyu, 1g hidrojen 3g karbonla birleşerek metanı, 1g hidrojen 35.5g
klorla birleşerek hidrojen klorürü, 1g hidrojen 25g arsenikle birleşerek arsini meydana getirir.
10
Kimyanın ilgi alanı madde ve maddenin iç yapısı olduğuna göre öncelikli olarak maddenin tanımı, maddenin
temel özellikleri ve maddenin sınıflandırılması ile başlayabiliriz.
10
10
10
10
10
9
Ölçümlerde Belirsizlikler
Tüm ölçümlerde hata olabilir. Ölçme aletlerinin yapımından ya da doğasından ileri gelen hatalara sistematik hata
denir. Deneyi yapan kişinin bilimsel bir aleti okumaktaki
becerisi ve yeteneğindeki sınırlar da hatalara ve deney
sonuçlarının yüksek ya da düşük bulunmasına yol açabilir. Bu hatalara da tesadüfi hatalar denir.
Kesinlik; ölçülen miktarın tekrarlanabilirlik derecesini gösterir ya da birkaç kez ölçülen miktarın sonuçları arasındaki yakınlığı belirtir. Eğer her bir ölçüm serisi ortalamadan
az bir miktar saparsa bu ölçümlerin kesinliği yüksektir.
Yani sonuçlar iyidir. Aksine ölçümler arasında büyük bir
sapma varsa kesinlik zayıftır yani sonuçlar kötüdür.
Doğruluk; ölçüm değerinin kabul edilen değere ya da
gerçek değere ne kadar yakın olduğunu gösterir.
Anlamlı Rakamlar:
Ölçme Sayısı
Belirsizlik
Anlamlı Rakam
Sayısı
683
±1
3
6830
±10
3
6830,510
±0,001
7
0,00045
±0,00001
2
0,0403
±0,0001
3
8,000
±0,001
4
7,210
±0,001
4
15,00
±0,01
4
10,00005
±0,0001
7
0,0015
±0,0001
2
0,01050
±0,00001
4
Örnek
Aşağıdaki sayıların belirsizliğini ve anlamlı rakam sayısını söyleyiniz.
Belirsizlik
Anlamlı Rakam
Sayısı
273,15
±0,01
5
56,00
±0,01
4
0,0008
±0,0001
1
1,305
±0,001
4
625
±1
3
Sayılar, kesin sayılar ve ölçme sayıları olarak ikiye ayrılır.
Kesin sayılar belirsizliği olmayan sayma sayıları ve tanım
sayılarıdır. Ölçme sayıları ise bir ölçme sonucu elde edilen, son hanesinde belirsizlik bulunan sayılardır. Son hanedeki rakamın önündeki rakamlar kesin olarak bilinen
rakamlardır. Kesin olarak bilinen rakamlarla belirsizlik
olan rakamların tümüne anlamlı rakamlar denilir.
25 (belirsizlik ±1)
2300 (belirsizlik ±100)
45,3
±0,1
3
0,033
±0,001
2
320,03
±0,01
5
0,029 (belirsizlik ±0,001)
26,64 (belirsizlik ±0,01)
Bir anlamlı sayıdaki anlamlı rakamlar soldan sağa doğru
0 olmayan ilk rakamdan itibaren sayarak bulunur. 0' lar
ortada ise veya ondalık noktasından sonra ise anlamlı
rakam olarak sayılırlar. Ondalık noktasını yerleştirmek
için kullanılan 0'lar anlamsızdır.
Bazı Ölçme Sayılarının Belirsizliği ve Anlamlı Rakam
Sayıları:
Anlamlı değil:
Anlamlı:
ondalık basamağı
sıfırdan
göstermek için
farklı sayılar
Anlamlı değil:
kullanılan
arasındaki
"kozmik amaçlı sıfır"
sıfırlar
sıfırlar
Sayıların Yuvarlatılması: Çok rakamlı sayıları daha az
rakamlı sayılara indirme işlemine yuvarlatma denilir. Sayıların yuvarlatılmasında genel olarak 5'ten büyük olan
sayılar yuvarlatılırken kendi önündeki sayı 1 artırılır. 5'ten
küçük olan sayılar yuvarlatılırken kendi önündeki sayı
aynen kalır. Eğer yuvarlatılacak sayı tam 5 ise önündeki
sayı çift rakam ise aynı kalır, tek rakam ise 1 artırılır.
Örnek
16.763 → 16.76
17.767 → 16.77
16.765 → 16.76
16.775 → 16.78
0, 0 0 9 0 0 6 8 0 0
Anlamlı: sıfır olmayan
tam sayılar
Anlamlı: bir sayıda
ondalık basamağın
sağındaki sıfırlar
Bir hesaplamanın sonucu anlamlı rakam sayısı en küçük
olan sayı kadar anlamlı rakamla verilir.
Bir toplama veya çıkarmanın sonucu en az sayıda ondalık kısım içeren sayı kadar ondalık ile belirlenir.
10.05 + 15 = 25.05 → 25