Slayt 1 - sedatture

GENEL KİMYA II
Bilecik Üniversitesi 2014
Dersin Künyesi
Dersin İçeriği
Kimyasal termodinamik. Elektrokimya. Asitler ve bazlar.
Metaller, yarı metaller, ametaller. Çekirdek kimyası. Yaşamsal
kimya.
Dersin Amacı
Reaksiyonların ısı ve elektron akışını incelemek. Periyodik
tabloda yer alan elementlerin üretimi, özellikleri, kimyasal
reaksiyonları ve kimyasal analiz hakkında öğrencileri
bilgilendirmek.
E. Erdik ve Y. Satıkaya,Temel Üniversite Kimyası, Gazi
Yayınevi
Baki Hazer (1997); Genel Kimya, 4. Baskı. Akademi Ltd.
Şti, Trabzon.
A. Bahattin Soydan, A. Sezai Saraç (2004); Genel Üniversite
Kimyası, 7. Baskı. Alfa Yayınları, İstanbul;
Petrucci.Harwood.Herring (2002);Çev.Ed: Tahsin Uyar, Serpil
Aksoy; Genel Kimya, Palme Yayıncılık, Ankara.
Kaynak Kitap
Yardımcı Kitaplar
BİRİNCİ HAFTA
Termodinamik. Termodinamiğin
0. ve 1. yasaları. Hess yasası.
TERMODİNAMİK
Termo: ısı, dinamik: hareket
kelimelerinden oluşmuştur.
Termodinamik, kimyasal
reaksiyonların ısı alışverişini
inceleyen bilim koludur.
Termodinamikte sıkça kullanılan
terimler:
Enerji, İş yapabilme yeteneğidir.
Sıcaklık, ısının akış yönünün bir göstergesidir.
Termodinamikte olayı yaşayan maddelere sistem denir.
Reaksiyonlarda sistem bizzat reaksiyona giren kimyasal
maddelerdir.
Çevre, sistemle temas halinde olan evrenin bir parçasıdır.
İç enerji (E), bir sistemin içinde bulunan tüm atomların,
iyonların veya moleküllerin enerjilerinin toplamıdır.
Cisimlerin sahip olduğu enerji
ölçülmez. Sadece birinin diğerine
göre enerji farkı ölçülebilir.
Termodinamiğin 0. ve I. Kanunu
Sıfırıncı yasa iki ayrı cismin bir üçüncü cisimle
ısıl dengede olmaları durumunda kendi
aralarında da ısıl dengede olacaklarını bildirir.
Üçüncü cisim ile ısıl dengededirler.
Termodinamiğin I. kanunu, evrenin enerjisinin sabit
olduğunu ifade eder ve bu ifade birkaç değişik
şekillerde söylenebilir. Enerji bir halden diğerine
dönüşebilir. Fakat kaybolmaz. Enerji yoktan var
edilemez, vardan yok edilemez. Bir sistemin
enerjisindeki değişme sistem tarafından yapılan
işlem sistem tarafından alınan (yada verilen) ısıya
eşittir. Isı q, iş de w ile gösterildiğinde sistem ve çevre
arasındaki etkileşimde toplam enerji değişimi, E nin
matematik ifadesi şöyle olur:
Kimyasal sistemlerde (elektrokimyasal iş
hariç) sadece gaz sistemlerde basınç x
hacim işi vardır. Bir piston ile sıkıştırılmış
bir gaz ısındığı zaman genişler ve dış
basınca karşı bir iş yapar.
Entalpi (H)
Entalpi, sabit basınçta meydana gelen
işlemlerdeki çevre ile alınıp verilmiş ısı
miktarına eşittir.
H, sabit basınçta, genellikle açık
kaplarda atmosfer basıncında yapılan
reaksiyon ısısıdır:
E, sabit hacimde, kalorimetre
bombasında yapılan reaksiyon ısısıdır.
Reaksiyon Isıları
Bir reaksiyonun ısısı belirli bir sıcaklık
için sabittir. Değişik sıcaklıklarda
reaksiyon ısıları da değişir. Bir
reaksiyonun reaksiyon ısısı o reaksiyon
denkleminin genişletildiği sayı ile
çarpımına, bölündüğü sayı ile bölümüne
eşit olur.
Standart Oluşma Isıları (Heo)
25C (298 K) ve 1 atmosferde belirlenen entalpi
değişimine standart entalpi değişimi adı verilir ve
H ile gösterilir. Bileşiklerin 298 K de 1 atm de
elementlerinden oluşma entalpisine standart oluşma
entalpisi denir ve Heo (delta H sıfır
elementlerinden oluşma) ile gösterilir.
Bağ enerjisi
Bileşiği meydana getiren atomlar arasında çok sağlam
bağlar olduğunu biliyoruz. Bu bağların oluşumu
esnasında dışarıya verilen enerji, bağları kırmak için
verilmesi gereken enerjiye eşittir. Kimyasal bağları
kırmak için verilmesi gereken enerjiye bağ enerjisi adı
verilir. Bağ kırılması (endotermik) (+) işaretli reaksiyon
ısısına sahip bir reaksiyon, bağ oluşumu (ekzotermik)(-)
işaretli reaksiyon ısısına sahip bir reaksiyondur.
Yanma Isısı
Genellikle oksijenle olan
reaksiyonlara yanma reaksiyonları
denildiği için reaksiyon ısılarına
yanma ısısı (H) adı verilir. Bunlar
yakıt olarak kullanılan organik
maddelerde bilhassa önemlidir.
Hess Kanunu (Reaksiyon
Isılarının Hesaplanması)
Birtakım reaksiyon adımlarından geçerek yürüyen bir net
reaksiyonun ısısı, ara reaksiyon ısıları bilindiği takdirde
hesap yoluyla bulunabilir. Termo- kimyanın bu en önemli
buluşu 1840 de Hess tarafından birtakım deneyler
sonucunda ortaya konulmuştur. Hess Kanunu bir
kimyasal reaksiyonda ilk halden son hale geçişteki
reaksiyon ısısı reaksiyonun gidiş yoluna bağlı değildir der.
Reaksiyon ister bir adımda tamamlansın, ister birçok ara
adımlardan geçerek tamamlansın, reaksiyon ısısı aynıdır
şeklinde de ifade edilebilir.
Karbon ve oksijenden karbondioksit
oluşumu bir adımda veya iki adımda
olabilir.
C(grafit) +
O2 (g) , (25o C, 1 atm)
2.a
Ha = -110.5 kJ
CO (g)
1/2 O 2
(g)
1. Ho = -393.5 kJ
2.b Hb = -283 kJ
CO2 (g), (25o C, 1 atm)
Reaksiyon Isılarının Ölçülmesi
Bir ısının alındığı veya verildiği, sıcaklık
değişmesiyle anlaşılır. Sıcaklığının yükselmesi
o cismin ısı aldığını sıcaklığının düşüşü de o
cismin ısı verdiğini gösterir. Bir cismin son
durumundaki sıcaklığıyla ilk andaki sıcaklığı
arasındaki fark (T) ısı miktarının
hesaplanmasında kullanılır.
Isı kapasitesi
Faz geçişlerinin olmadığı sıcaklık aralıklarında
spesifik ısı ve molar ısı kapasitesi
olmak üzere iki türlü tanımlanır:
1) Spesifik Isı, 1 gram maddeyi 1K veya 1C yükseltmek için
gerekli olan ısı miktarıdır (J/Kg): Bu durumda bir cismin
aldığı veya verdiği ısı iki farklı şekilde hesaplanabilir:
Isı (q) = mol sayısı x molar ısı kapasitesi x T
veya
Isı(q) = kütle x spesifik ısı x T
2) Molar ısı kapasitesi, bir mol maddeyi 1K veya 1C
yükseltmek için gerekli olan ısı miktarıdır. Birimi J/K mol dür.
Kalorimetreler
Kalorimetreler reaksiyon ısılarını ölçmeye yarayan
aletlerdir. Gerek sabit hacimde (kapalı kaplarda), gerek
sabit basınçta (açık kaplarda, atmosfer basıncında)
reaksiyon ısıları ölçülerek E veya H deneysel olarak
bulunabilir. Her iki halde önce kalorimetrenin ısı
kapasitesi deneysel olarak belirlenmelidir. Bunun için
elektrikli ısıtıcı ile belirli bir süreyle kalorimetre ısıtılır
veya belirli bir sıcaklığa ısıtılmış bir metal çubuk
kalorimetreye konarak sıcaklık yükselmesi ölçülür. Bütün
mesele bilinen belirli bir miktar ısının kalorimetreye
verilerek sıcaklık yükselmesinin ölçülmesidir.
Kalorimetre bombası
Kalorimetre bombasında
reaksiyon ısıları iç enerji
değişmeleri (E) olarak
ölçülür.
Çözelti kalorimetreleri
Çözelti kalorimetrelerinde reaksiyon açık
havada (sabit basınçta) yapıldığından,
reaksiyon ısısı, H olarak ölçülür: H = qp
İKİNCİ HAFTA
Termodinamiğin 2. ve 3. yasaları.
Entropi. Serbest enerji.
Termodinamiğin
II. Kanunu. Entropi
Kimyacı, kimyasal olayların kendiliğinden olup
olmadığı sorusuna cevap aramıştır. Çoğunlukla
geçerli olan ekzotermik olaylar kendiliğinden
cereyan eder, endotermik olaylar kendiliğinden
yürümez kuralı ortaya atılmıştır. İşte
termodinamiğin ikinci kanunu, kendiliğinden
olma olayını kesinlikle tarif etmek için, entropi
ve serbest enerji kavramlarını getirmiştir.
Kendiliğinden olma olayları karışıklığın,
düzensizliğin karmaşanın en yüksek olduğu
yöne doğru ilerler. Evrenin düzensizliği daima
artmaktadır. İşte bu düzensizlik, karışıklık miktarı
entropi olarak tarif edilmektedir. Entropi büyük S
harfi ile gösterilir. Entropi de her bir sistem için
net olarak hesaplanamaz ancak sistemin son
hali ile ilk hali arasındaki entropi farkı miktarı
olarak ölçülebilir.
S = S2 - S1
Entropi değişimi
İlk halin entropisi
Son halin entropisi
Entropinin artışına ve azalışına neden olan
olaylardan bazılarını şöyle sıralayabiliriz:
Entropinin artışına sebep
olan olaylar
Entropinin azaldığı olaylar
Sıcaklık artışı
Sıcaklık azalışı
Bir katının erimesi
Bir sıvının soğutulması
Bir sıvının buharlaşması
Bir gazın yoğunlaştırılması
Aynı fazda
karıştırılması
iki
maddenin Bir gazı daha küçük hacme
koyma
Bir sıvıda bir gaz veya katının Bir reaksiyonda
çözünmesi
sayısının azalması
Bir gazın genişlemesi
gaz
mol
Toplam mol, atom,
sayısının azalması
iyon
Termodinamiğin III. Kanunu.
Mutlak Entropiler
İç enerji ve entalpinin sadece E ve H olarak
değişimleri hesaplanabilmekte iken hem entropi
değişimi hem de mutlak entropi
hesaplanabilmektedir. Bu kolaylığı bize
termodinamiğin üçüncü kanunu verir.
Termodinamiğin üçüncü kanunu, mükemmel bir
kristalin mutlak sıfır noktasındaki entropisi
sıfırdır der.
0 K de mükemmel kristal olan F2 nin
standart entropisinin (S298) bulunması.
Kimyasal Reaksiyonlarda
Entropi Değişimi
Belirli bir sıcaklıkta gerçekleşen bir kimyasal
reaksiyonun entropi değişimi ürünlerin entropisi ile
başlangıç maddelerinin entropisi farkına eşittir.
Entalpi değişimlerinde olduğu gibi entropi değişimleri
de sadece son hal ile ilk hale bağlıdır. Reaksiyonun
geçtiği yollara bağlı değildir. Hess Kanunu entropi
değişimlerine de uygulanabilir.
Serbest Enerji
Fiziksel olaylarla kimyasal olayların kendiliğinden olup
olamayacağı hususunun tahmin edilmesi hakkında
kaba olarak ekzotermik reaksiyonlar kendiliğinden olur
diyorduk. İkinci ve biraz daha kesin tahminimiz entropi
artışı olursa reaksiyon kendiliğinden olur demiştik.
Böylece hem entropi artışı olan ve hem de aynı
zamanda dışarıya ısı veren (ekzotermik) reaksiyonlar
kesinlikle kendiliğinden yürür diyebiliriz. Fakat
ekzotermik olmadığı halde entropi artışı olan ve
ekzotermik olup entropi artışı göstermeyen
reaksiyonların kendiliğinden olup olamayacağını
söyleyemeyiz. 1876 da J.W.Gibbs bunu açıklığa
kavuşturmuştur.
1876 da J.W.Gibbs bir reaksiyonun kendiliğinden
olup olmadığı hakkında kesin bir bilgi veren
Gibbs serbest enerjisi bağıntısını bulmuştur:
Bu bağıntıya göre G hesaplanır ve bulunan değere
bakılarak reaksiyonun kendiliğinden yürüyüp yürüyemediği
belirlenir:
G < 0
reaksiyon kendiliğinden olur.
G > 0
reaksiyon kendiliğinden olmaz.
G = 0
reaksiyon dengededir.
ÜÇÜNCÜ HAFTA
Asitler ve bazlar. Asit baz tanımları.
Hidroliz. İyonik denge, pH ve pOH.
ASİTLER VE BAZLAR,
İYONİK DENGE
Asitler ve bazlar kimyada çok geniş bir yer tutarlar. Çoğu
kimyasal reaksiyon asit veya bazların yardımıyla
gerçekleşir. İnsan vücudunda mide hidroklorik asit (HCl)
salgılar. Sülfürik asit (H2SO4), hidroklorik (HCl), nitrik asit
(HNO3) ile sodyum hidroksit (NaOH), amonyak (NH3),
sönmüş kireç: Kalsiyum hidroksit: Ca(OH)2 endüstride çok
fazla kullanılmaktadır. İlk asit tanımı, tadı acı, mavi
turnusolu kırmızıya çeviren, bazı metaller (Mn, Zn, Fe,...
gibi) ile birleşince hidrojen gazı açığa çıkaran maddelerdir
şeklinde idi. Baz da sabunumsu, kırmızı turnusolu maviye
çeviren madde olarak tanımlanıyordu.
Asit-baz tanımları
Arrhenius; sulu çözeltiye proton veren asit,
hidroksit iyonu veren de bazdır diye yapmıştır.
Asit baz tanımı daha genel bir anlamda bugün
çok kullanışlı olan Lowry-Brönsted tanımıdır.
Ortam ne olursa olsun (sulu veya susuz) proton
veren asit, proton alan da bazdır.
Lewis’e göre ortaklanmamış bir elektron çifti
alan asit, ortaklanmamış bir elektron çifti veren
de bazdır.
Susuz ortamda gerçekleşen
proton alış verişi:
Konjuge asit-baz tanımı
Lowry-Brönsted’e göre asit-baz tarifindeki en
çarpıcı nokta bir asidin bir proton kaybederek yeni
bir bazı konjuge bazını, bir bazın bir proton alarak
yeni bir asidi konjuge asidini oluşturmasıdır. Bir
başka ifadeyle bir asidin konjuge bazını bulmak için
molekül formülünden bir proton çıkarılır. Bir bazın
konjuge asidini bulmak için de ona bir proton
eklenir.
Konjuge asit-baz örnekleri
Basit Asitler
Basit asitler biri hidrojen olmak üzere iki cins
atomdan ibaret olan asitlerdir.
Basit asitlerin adlandırılması; hidro diğer
atomun adı ik şeklinde yapılır. Asit kuvvetliliği
de periyodik tabloda yukarıdan aşağıya doğru
indikçe artar:
H2 O
(hidroflorik asit) HF
(hidroklorik asit) HCl
(hidrobromik asit) HBr
(hidroiyodik asit) HI
artan
asit
kuvvetliliği
H2 S
H2 Se (hidroselenik asit)
H2 Te (hidrotellurik asit)
Basit asitlerde asit kuvvetliliği
soldan sağa gittikçe artar:
 Artan asit kuvvetliliği
(zayıf baz)
(amfoter)
(asit)
Amfoterlik hem asit hem de baz
Özelliğine aynı anda sahip olmaktır.
Okso asitler
Anyonunda oksijen
ve bir başka atom
bulunduran asitlerdir.
Okso asitlerin kuvvetliliği
Hidrojen ve oksijen dışında üçüncü atomun
elektronegatifliği arttıkça asit kuvvetliliği
artar.
Aynı cins merkez atomlu asitlerde, merkez
atomun yükseltgenme sayısı arttıkça
asit kuvvetliliği artar.
Okso asitlerde, Periyodik tabloda soldan
sağa gittikçe bazlık azalır, asitlik artar.
Oksoasitlerde periyodik tabloda yukarıdan
aşağı inildikçe bazlık artar.
Bazı Asitlerin Elde Edilişi
1. Derişik sülfürik asidin nitrat, florür, klorür,
asetat tuzlarına etkisiyle elde edilir.
2. HCl ve HF elementlerinden elde edilebilir.
3. HI ve HBr tuzları üzerine derişik fosforik asit
etki ettirilerek elde edilirler:
4. H2SO4, sülfürlü filizlerin havada yakılmasıyla
oluşturulan SO3 gazından elde edilir.
5. HNO3 azot ve hidrojenin reaksiyonuyla
oluşturulan amonyaktan elde edilir.
6. Asit anhidritlerinin su ile reaksiyonundan
asitler ele geçer.
Nötralleşme
reaksiyonları
Bir asit ve bazın reaksiyonuna nötralleşme
reaksiyonu denir. Proton ve hidroksit iyonu
birleşerek su oluştururken, asidin anyonu ile
bazın katyonu da tuz oluşturur:
KOH (aq) + HCl(aq)  KCl(aq) + H2O
Hidroliz
Tuzlar bir asidin anyonu ile bir bazın
katyonundan oluşmuş maddeler olduğuna göre
bunların su ile reaksiyonlarını incelediğimizde
bazı iyonların sudan bir proton koparıp hidroksil
iyonlarını serbest bıraktığını, bazılarının da
sudan hidroksit iyonu koparıp protonu serbest
bıraktığını görürüz. Böylece bazik veya asidik
çözeltiler oluşur. Suyun hidrojen-oksijen
bağının kırılarak yeni bileşikler oluşturmasına
hidroliz denir.
İyonik Denge, pH ve pOH
Asitlik ve bazlığı üslü sayılarla ifade etmek yerine küçük
sayılarla vermek daha kullanışlıdır. Bunun için H+ veya OHiyonları derişimleri yerine eksi logaritma değerleri alınır. Bu
değerler pH ve pOH olarak adlandırılır.
Tanım olarak;
pH, eksi logaritma H+ derişimidir: pH = - log [H+]
pOH, eksi logaritma OH- derişimidir: pOH = - log [OH-]
DÖRDÜNCÜ HAFTA
Asit ve bazların iyonlaşma sabitleri.
Ortak iyon etkisi. Tampon çözeltiler.
Asit ve Bazların
İyonlaşma Sabitleri (Ka, Kb)
Ka : Asit iyonlaşma sabiti,
Kb: Baz iyonlaşma sabiti.
Kuvvetli asit ve bazlar % 100 iyonlaştığı
için Ka ve Kb çok büyüktür (1 den büyük),
zayıf asit ve bazların iyonlaşması çok azdır.
Bazı asit ve bazların iyonlaşma sabitleri
HA (aq)
+
H2 O (s)
A
-
+
H3 O
+
+
-
[H ] [A ]
[HA]
,
Ka =
,
[BH ] [OH ]
Kb =
[B]
zayıf asit
B (aq)
zayıf baz
+
H2 O (s)
+
BH + OH
-
+
-
İyonların Su ile Reaksiyonları
a) Nötral Tuzlar: Kuvvetli asit anyonu ile kuvvetli baz
katyonlarından oluşan tuzlardır. Suda hidroliz olmazlar
sadece iyonlaşırlar.
b) Asidik tuzlar: Zayıf baz katyonu ile kuvvetli asit
anyonundan oluşan tuzlardır. Suda sadece katyonları
hidroliz olup çözeltiyi asidik yaparlar.
c) Bazik tuzlar: Zayıf asit ile kuvvetli bazdan oluşan
tuzlardır. Tuzun anyonu hidroliz olarak çözeltiyi bazik
yapar.
d) Her iki iyonu da su ile reaksiyon veren iyonlardan
oluşmuşsa anyonun ve katyonun iyonlaşma sabitleri
karşılaştırılarak çözeltinin asitliği veya bazlığı tahmin
edilir.
İyonların
su ile
reaksiyonlarına
örnekler
Ortak İyon Etkisi
La Chatelier prensibine göre bir tuz
çözeltisine ortak bir iyonu bulunan bir
başka çözelti katılırsa, tuzun
çözünürlüğü azalır.
Tampon Çözeltiler
Kuvvetli asit veya baz ilavesiyle pH sı çok az değişen
çözeltilerdir. Zayıf asit ve tuzu (konjuge bazı), zayıf baz
ve tuzu (konjuge asidi) karışımlarından hazırlanır.
Tampon çözeltiye asit veya baz ilavesinde baz konjuge
asidine, asit konjuge bazına dönüşür.
Tampon
çözeltiler
Çözünürlük Çarpımı ve Çökme
Dengede olmayan veya doymamış bir çözeltideki iyonların
konsantrasyonları çarpımına iyonlar çarpımı denir. İyonlar
çarpımı bir iyonik katı maddenin çözünmesi reaksiyonunun
ilerleme değeridir (Qi). Bir katının çözünürlük çarpımı Ksp,
dengede, doygun bir çözeltideki iyonlar çarpımıdır veya
çözeltideki iyonları ile dengede olan iyonik bir katının denge
sabitidir diye de tarif edilir. İyonlar çarpımı (Qi) çözünürlük
çarpımı (Ksp) karşılaştırılarak ne zaman çökmenin
gerçekleşeceği tahmin edilir.
Qi < Ksp
Qi = Ksp
Qi > Ksp
Tüm iyonlar çözeltidedir. Çökme olmaz.
Denge hali. Doygun çözelti
Qi = Ksp oluncaya kadar çökelti oluşur.
BEŞİNCİ HAFTA
Gravimetrik ve volümetrik analiz.
Eşdeğer kütle ve normalite. Denklem
denkleştirme.
Çözeltide İyon Analizleri
Çoğu kez bir çözeltide hangi iyonların olduğunu
belirlemek bu iyonların ne kadar olduğunu tahmin
etmek kimyacıya düşer. Bir çözeltide hangi cins
iyonların bulunduğunu belirlemeye kalitatif (nitel)
analiz denir ve bunda katyonlar ve anyonlar belirli
bir sistematiğe uygun olarak ayrı ayrı incelenir.
İyonların miktarını tayin etmeye de kantitatif (nicel)
analiz adı verilir. Bu da gravimetrik ve volumetrik
analiz olmak üzere iki çeşittir.
Gravimetrik Analiz
Gravimetrik analizde çözeltide bulunan iyonlar,
uygun maddeler ilavesiyle çöktürülür, süzülür ve
tartılır. Reaksiyon denklemlerine göre orantı
kurularak iyon miktarı hesaplanır. Reaksiyon
denklemlerine göre madde miktarı hesaplama
işlemine stökiyometri denir.
Volumetrik Analiz
Deneysel işlemleri gravimetrik analize göre daha az olan,
kolay ve pratik bir analizdir. Volumetrik analizde bilinen
derişimdeki bir maddenin çözeltisi miktarı belirlenecek olan
maddenin çözeltisine aralarındaki reaksiyon
tamamlanıncaya kadar katılır. Bilinen derişimdeki çözeltiye
standart çözelti denir. İki madde arasındaki reaksiyonun
tamamlandığı an ya standart çözeltinin kendi renginin
değişimiyle veya ilave bir indikatörün renk değişimi ile
belirlenir.
Fenol ftalein asidik ve bazik ortamda
aşağıdaki reaksiyonuna göre renk değiştirir:
O
OH
C
C
OH
O
C
-
O
O
asit şekli
(renksiz)
O
O
C O
baz şekilleri
(kırmızı)
-
O
+
C
C
O
C
O
-
-
O
-
O
C
O
-
O
-
Titrasyon Eğrileri
Her titrasyonda ilave edilen standart çözelti ile titre
edilen çözeltinin değişen konsantrasyonu arasında
çizilen grafikler bize titrasyonun gidişi ve dönüm
noktasının belirlenmesi hakkında bilgi verirler. Bu
grafiklere titrasyon eğrileri adı verilir.
Eşdeğer Kütle ve Normalite
Kimyasal reaksiyonların anlaşılabilmesi için
eşdeğerlik çok önemlidir. Bir kimyasal denklemde
değişik mol sayılarında maddeler birbiriyle
reaksiyona girebilir, ancak denkleşmiş bir
denklemde her zaman başlangıç maddelerin birer
eşdeğer kütlesi reaksiyona girerek birer eşdeğer
kütle ürünleri oluştururlar. Eşdeğerlik sadece
reaksiyonlarda geçerli olan bir tanımdır.
Redoks reaksiyonlarda yarı
reaksiyonlar yöntemine göre
denklem denkleştirme
Yarı reaksiyon yönteminde esas ilke alınan ve verilen elektron
ve atom sayılarının eşitliğidir. Yarı reaksiyonların
denkleştirilmesinde oksijen atomlarının sayılarını eşitlemek
en çok karşılaşılan bir noktadır. Oksijen sayılarının
eşitlenmesinde sol tarafta oksijen eksikliği varsa, asidik
reaksiyonlarda sol tarafa su ilave edilir, sağ tarafta protonlar
oluşturulur; bazik reaksiyonlarda sol tarafa hidroksit iyonları
veya su ilave edilir, sağ tarafta su veya hidrojen iyonları
oluşturulur.
Oksijen fazlalığı varsa sol tarafa proton ilave edilir. Fazla oksijen
atomları ile bu protonlar sağ tarafta su olarak ortaya çıkar.
ALTINCI HAFTA
Elektrokimya. Faraday yasası. Pil
gösterimleri ve elektrot çeşitleri.
Elektromotor kuvvet ve endüstriyel
piller.
ELEKTROKİMYA
Elektrokimyanın günlük yaşantımızda büyük bir pratik
önemi vardır. Pillerle çalışan tüm aletler, pilli radyolar, pilli
oyuncaklar, pilli tıraş makineleri hep elektrokimyanın
günlük hayata uygulanmış şeklidirler. Otomobil parçaları,
madalyonlar gibi bazı eşyaları daha güzel, daha parlak
görünümlü yapabilmek ve korozyondan korumak için bazı
metallerle kaplamanın bir yolu da yine elektrokimyasal bir
işlem olan elektrolizdir. Kimya zaten baştan başa
elektrikseldir. Tarif olarak elektrokimya, elektrik enerjisi
üreten veya elektrik enerjisiyle yürüyen yükseltgenmeindirgenme (redoks) reaksiyonlarının tümünü içine alan
bilim dalıdır.
Volta Pili (Galvanik Pil)
A. Volta 1800 yılında üstüste
koyduğu çinko ve gümüş
plakaları arasına tuzlu suya
daldırılmış kumaş parçaları
koyarak elektrik üreten ilk pili
yapmıştır. Kendi adına izafeten
bu pile volta pili adı verilmiştir.
İlk Galvanik Pil (Volta pili)
REAKSİYONUNDAN GALVANİK
PİL DÜZENEĞİ İLE ELEKTRİK
AKIMI ÜRETİLMESİ
Elektrolitik Piller
Dışarıdan elektrik akımı verilerek kendiliğinden
olmayan reaksiyonların gerçekleştirildiği
sistemlerdir. Elektrik akımı ile gerçekleştirilen bu
reaksiyonlara elektroliz adı verilir.
Erimiş sodyum klorürün
elektrolizi
Faraday kanunu
Bir iyonik çözeltiden bir eşdeğer gram
maddeyi biriktirmek veya anottan çözeltiye
geçirmek için 96500 Coulomb (C) elektrik
yükü gerekir. 96500 C= IF (Faraday) olarak
gösterilir.
Pil Gösterimleri ve
Elektrot Çeşitleri
Galvanik pillerin gösterimi pilin nasıl oluştuğunu açıklamak
için kullanılır. Bunun için,
anotanot elektrolitikatot elektrolitikatot
sırasına göre yazılır. Burada dikkat edilecek husus önce
yükseltgenen yarım pil reaksiyonundan başlayarak sırayla
birbirine temas eden fazları yazmaktır.
Bir çinko-bakır galvanik
pilinin gösterimi
Anot
Zn
faz teması
+2
Zn (c1 )
Katot
+2
Cu (c2 )
tuz köprüsü
Cu
faz teması
Elektrot sistemleri
1)1. Metal çubuk/metal katyonunu
2) içeren elektrolite daldırılmıştır
1)2. Gaz elektrot ve gazdan oluşmuş
2) iyon içeren elektrolit
3. Metal elektrot, metalin az çözünen bir
tuzu ile kaplanmış ve tuzun anyonunu
içeren elektrolite daldırılmış
1)4. İnert iletkenli (grafit) redoks elektrod aynı bir
2) elementin yükseltgenmiş ve indirgenmiş tuzlarının
3) çözeltisini içeren elektrolite daldırılmış.
Elektromotor Kuvvet
Bir hücrenin elektromotor kuvveti, emk, iki yarım
hücre arasındaki potansiyel farkın bir ölçüsüdür.
Elektriksel potansiyelin birimi volttur (V).
Elektron pozitif yüke doğru akar. Elektrik alan yüklü
parçacıkların farklı yüklü iseler-birbirini çektiği veya -aynı
yüklü iseler- birbirini ittiği bölgedir. Bir elektrik alanındaki
yüklü bir parçacık daha yüksek elektriksel potansiyel enerjili
bir yerden daha düşük elektriksel potansiyel enerjili bir yere
doğru hareket eder. Bir volta pilinde elektronların devamlı
akışı anot ve katot arasındaki potansiyel farkından dolayıdır.
Anot, katoda göre daha yüksek bir negatif potansiyel enerjiye
sahip olduğundan elektronlar anottan katoda akarlar.
Elektromotor kuvvet serbest enerji gibi
kimyasal reaksiyonun ne derece
kendiliğinden olabileceğinin bir ölçüsüdür.
Bu yüzden bu iki terim arasında
matematiksel bir ilişki vardır.
Standart İndirgenme Potansiyelleri
Bir pilde her bir yarım reaksiyonun elektrot potansiyeli
ölçülebilir. Uluslararası bir gösterim olarak yarım
reaksiyonlar için potansiyellerin indirgenme potansiyeli
olarak verilmesi üzerinde anlaşılmıştır. 1 atm, 1 molar ve
25C de ölçülen bu değerler standart elektrot potansiyeli
veya standart indirgenme potansiyeli olarak anılır. Standart
indirgenme potansiyelleri ikinci bir yarım pil (yarım hücre)
ile bir pil teşkil edilerek ölçülür. Bu ikinci referans yarım
hücrenin standart potansiyeli sıfır olmaktadır. Hidrojen
elektrotunun 25C de standart potansiyeli 0.00 V dur.
Nernst Denklemi
Eğer pil sistemi standart şartlar (1 molar, 25C ve 1
atm) dışında özelliklere sahip olursa pilin e.m.k’ sının
nasıl hesaplanacağı 1900’lü yıllarda W.Nernst
tarafından kendi adıyla anılan bağıntıya verildi.
K ve E ilişkisi
Nernst bağıntısında redoks reaksiyonunun
denge halini düşünürsek Q = K olacaktır.
Dengede pilin E değeri de sıfır olacaktır.
pH Metreler
Nernst bağıntısı, bize
sadece derişimleri
değiştirerek aynı cins
yarım reaksiyonların
da bir potansiyel farkı
doğurabileceğini
gösterir. pH-metreler,
emk değerlerini
doğrudan pH
cinsinden veren
potansiyometrelerdir.
Endüstriyel Piller
Endüstriyel piller; (1)
tek kullanımlı (primer
piller), (2) depolama
pilleri (akümülatörler)
ve (3) yakıt pilleri
olarak sınıflandırılırlar.
YEDİNCİ HAFTA
Ametaller. Hidrojen, oksijen, karbon,
azot, fosfor, kükürt.
AMETALLER
H2, N2, O2, F2, Cl2, soy gazlar (gaz); Br2 (sıvı); karbon,
fosfor, kükürt, iyot ve astatin (katı) ametallerdir. Ametaller
metalik özellik taşımazlar yani tel ve levha haline
getirilemezler. Elektriği ve ısıyı iletmezler. Periyodik
tablonun son grubu olan soy gazlar reaksiyon yeteneği
hemen hemen hiç olmayan (sadece çok az sayıda
bileşikleri son yıllarda elde edilebilmiştir) tek atomlu-mono
atomik gazlardır. Işıklı reklam panolarında inert ortam
olarak kullanılırlar. Düşük basınçta soy gaz içeren bir
tüpten elektrik akımı geçirildiğinde He: beyaz-pembe, Ne:
Kırmızı-turuncu, Ar: Pembe, Kr: Mavi-beyaz, Xe: Mavi ışık
verirler. Bu serinin son elementi Rn radyoaktiftir.
Hidrojen, H2
Hidrojen renksiz kokusuz bir gazdır. Yüksek yanıcı
özelliğe sahip olduğu için özel şartlarda muhafaza edilir.
Elektronik yapısı 1s1 şeklindedir. Hidrojenin üç izotopu
vardır. Hidrojen (1protium), : Döteryum (2D) : Trityum (3T).
Döteryum yanında doğada hidrojenin 5000 de biri
oranında bulunur. D2O ya ağır su denir. Normal suda
bulunur ve fraksiyonlu destilasyonla normal sudan ayrılır.
(H2O, k.n.:100.0C; D2O k.n: 101.4C). Ağır su, çekirdek
reaksiyonlarında, nötron yavaşlatıcısı olarak kullanılır.
Hidrojen, halojenlerle doğrudan birleşir :
Hidrojenin Elde Edilmesi
Endüstride büyük miktarlarda hidrojen doğal gaz (en
çok metan içerir) veya karbonun su buharıyla
reaksiyonundan elde edilir.
Çok saf hidrojen suyun elektrolizi ile elde edilir.
Suyun
elektrolizi.
1.Laboratuarda hidrojen çoğunlukla çinko
2.Metalinin H2SO4 ile reaksiyonundan elde edilir.
Oksijen, O2
Oksijen (O2), renksiz, kokusuz ve tatsız
bir gazdır. Sıvı oksijen açık mavi
renktedir. İçme suları hava ile temas
halinde olduğundan bir miktar çözünmüş
oksijen içerirler. Oksijenin çözünürlüğü 1
litre suda 30 ml O2 dir.
Oksijenin Reaksiyonları
Oksijen (halojenler, nitrik asit,
hipoklorit, klorat ve perklorat asitleri
gibi) kuvvetli bir yükseltgeyicidir.
Karşısındaki elementi yükseltgerken
kendisi -2 değerliğe indirgenir.
Oksitler ve Hidroksitler
Ametal oksitleri asit özelliği, metal
oksitleri de baz özelliği gösterir.
Bunlar su ile reaksiyona girdiğinde
ilgili asit ve bazlarını verirler. Su ile,
ilgili asitlerini veren ametal oksitlerine
asit anhidrit adı verilir.
Metal oksitleri de su ile hidroksitleri
verirler. Bu metal oksitlerine de bazik
anhidrit veya bazik oksit adı verilir.
Amfoter metal hidroksitleri
Bazlara karşı asit gibi, asitlere karşı da
baz gibi reaksiyon veren maddelere
amfoter, oksitlere amfoter oksit
hidroksitlere de amfoter hidroksit adı verilir
Oksijenin Elde Edilmesi
Başlıca elde edilme yolu sıvı havanın fraksiyonlu
destilasyonu yoluyladır. Sıvı havanın fraksiyonlu
destilasyonu ile oksijen ile birlikte argon helyum gibi soy
gazlar da ucuz olarak elde edilirler.
Laboratuarda oksijen potasyum kloratın kızdırılmasıyla
elde edilir:
Oksijen başlıca çelik ve metal üretiminde yanmayı
kolaylaştırıcı olarak ve oksijen içeren kimyasal
maddelerin üretiminde kullanılır. Ayrıca hastanelerde
oksijen maskelerinde, pis suların arıtılmasında
oksitleştirici olarak, oksijen asetilen hamlaçlarında, roket
yakıtlarını yakmada sıvı oksijen (LOX) olarak
kullanılmaktadır.
Ozon, O3
Üç oksijen atomunun kovalent
bağlanmasıyla oluşmuş gaz halinde bir
maddedir. Oksijen ve ozon aynı bir
elementin farklı bağlanma şekillerine
sahip maddelerdir (Allotropturlar).
..
O
:O :
..
O
..
:O :
..
:O :
:O :
Hidrojen Peroksit, H2O2
Renksiz, kararlı olmayan bir sıvıdır. Oda sıcaklığında
yavaşça bozunur. Zayıf bir asittir. Peroksitteki oksijen
atomlarının her birinin ortalama yükseltgenme sayısı
(-1) dir. Peroksit (-O-O-) bağı oldukça düşük bir bağ
enerjisine sahiptir.
Derişik çözeltileri patlama ile bozunur. Bu yüzden
patlayıcı imalinde kullanılır. Çok kuvvetli bir
yükseltgeme aracıdır. Aynı zamanda yükseltgeyiciler
karşısında da indirgen olarak hareket eder.
Süper oksitler,
KO2, RbO2, CsO2
Sadece K, Rb ve Cs un oksijen ile
ısıtılmasıyla elde edilir.
Ozonürler
K, Rb ve Cs hidroksitlerinin ozonla
reaksiyonundan elde edilir.
İçme ve Kullanma Suyu
Ca2+ , Mg2+ , Fe2+ gibi iyonları içeren suya sert su denir.
Sert sular istenilmez çünkü sabunu çökerterek bol
köpük yapmasını ve kirleri çıkarmasını önlerler.
Bu katyonların yanında anyon olarak HCO3- bulunduğu
zaman buna geçici sertlik adı verilir.
Karbon, C
Yeraltında kömür madenleri olarak taşkömürü, linyit
şekillerinde bulunur. Karbon elmas ve grafit olarak iki
allotropa sahiptir. Elmas tetrahedral bağlar yapar. En
dış yörüngesindeki değerlik elektronlarının dördü de
bağlanmaya iştirak etmiştir. Grafitte ise üç elektron
bağlanmaya iştirak etmiş ve dördüncüsü serbest
kalmıştır. Grafit, bu serbest elektrona sahip oluşundan
dolayı elektrik akımını iletir, elmas hiç serbest elektron
taşımadığından akımı iletmez.
Karbonun iki allotropu:
elmas ve grafit
Karbonun bazı bileşikleri
Siyanürler
Karbon monoksit, CO ( :CO: )
Karbon dioksit, CO2( :O = C = O: )
Karbürler: (C2)2- [:C  C: ]2-
Azot, N2 ( : N  N : )
Renksiz, kokusuz, tatsız ve zehirliliği olmayan bir gazdır.
Havada % 78.08 oranında bulunur. Çok zor reaksiyona
girer. Çünkü azot-azot bağları çok kuvvetlidir. En çok
amonyak, kalsiyumsiyanamid [CaNCN], hidrazin yapımında
kullanılır. Siyanamid ve amonyak çoğunlukla gübre,
hidrazin de roket yakıtı olarak kullanılır. Çoğu reaksiyonları
inert bir ortamda yapabilmek için azot gazı kullanılır. Ayrıca
sıvı azot, havanın soğutulup sıkıştırılması yoluyla elde
edilen sıvı havadan (-195C de N2, -183C de O2 kaynar)
fraksiyonlu destilasyonla ayrılarak elde edilir.
Azotun bileşiklerinde aldığı
yükseltgenme sayıları
Fosfor, P4
Fosforun değişik reaksiyon yatkınlığına sahip üç
allotropu vardır. Beyaz, kırmızı ve siyah fosfor. Beyaz
fosfor, yumuşak mumumsu, beyaz-sarı renkli ve çok
zehirlidir. Elli miligram alınırsa ölüme neden olur. P4
molekülü halindedir. Çok kolay tutuşur. Kırmızı fosfor,
beyaz fosforun 250C ye ısıtılmasıyla elde edilir ve
zehirsizdir. Fosforun tüm reaksiyonlarını biraz daha
yüksek sıcaklıklarda verdiği için beyaz fosfor yerine
reaksiyonlarda kırmızı fosfor kullanılır. Kırmızı fosfor
tam aydınlatılmamış karışık polimerik bir yapıya
sahiptir. Oda sıcaklığında kararlıdır, ancak 400C de
tutuşur. Fosforun üçüncü allotropu siyah fosfor, kristal
yapıdadır, metalik özellik gösterir ve elektriği iletir.
Beyaz fosforun birkaç gün 35.000 atm de katalizör
altında ısıtılmasıyla elde edilir.
Kükürt, S8
Kükürt rombik ve monoklinik kükürt olmak üzere iki allotropu
halinde bulunur. Oda sıcaklığında kararlı olan allotropu
rombik kükürttür ve çok yavaş ısıtıldığında 96.5C de
monoklinik kükürde dönüşür. Her iki allotropunda da kükürt
S8 molekülü halindedir. Oda sıcaklığında rombik kükürt açık
sarı renkli, kokusuz ve tatsız kristal bir katıdır. Monoklinik
kükürdün e.n: 119C dir. Sıvı kükürt, ısıtmaya devam
edildiğinde ilginç bir özellik gösterir ve 160-187C lerde
viskozitesi artar (polimerleşir). Eğer bu sıvı kükürt 200C
civarına hızla soğutulup suya dökülürse sünek plastik bir
malzeme elde edilir. Bu oda sıcaklığında daha sonra yavaş
yavaş rombik kükürde dönüşür.
Frasch usulü ile kükürt çıkarılması
Kükürtün
bileşikleri ve
yükseltgenme
değerlikleri.
SEKİZİNCİ HAFTA
Halojenler:
Flor, Klor, Brom, İyot, Astatin
Halojenler:
Flor, Klor, Brom, İyot, Astatin
Yeryüzünde suda çözünen tuzları halinde bulunurlar.
Bu yüzden yağmur suları ile deniz ve göllere
birikirler. Genellikle tuzların elektrolizi ile elementleri
elde edilir. Hepsi ametaldirler.
Halojen, tuz üreten anlamına gelir. Periyodik tabloda
en yüksek elektronegatiflik değerine sahip olan flor
halojenlerin ilk üyesidir. Klor, brom, iyot ve astatin
gitgide azalan elektronegatifliğe sahiptir. Astatin
radyoaktif olduğundan doğada mevcut değildir. Flor
açık sarı, klor sarı yeşil gaz, brom kırmızı-kahverengi
sıvı ve iyot mor siyah katıdır.
Klor Bileşikleri
Brom Bileşikleri
İyot Bileşikleri
Laboratuarda
klor gazının
elde edilişi.
Halojenlerin birbiriyle yaptığı bileşikler
Halooksoasitlerinin isimleri ve molekül şekilleri.
DOKUZUNCU
HAFTA
Metaller; s-bloku metalleri, p-bloku
metalleri. Çinko ailesi metalleri.
METALLER VE YARIMETALLER
Metaller, metalik özellik denilen üstün ısı ve elektrik iletkenliği,
malzeme özelliği-kalıplanabilme, şekil verme tel ve levha haline
getirilebilme- özellikleri göstermeleri bakımından büyük önem
taşırlar. Metalik parlaklığa sahiptirler, ışığı yansıtırlar.
Bileşiklerinde daima pozitif değerliğe sahiptirler. Elementel halde
iken elektron alıp anyon hale geçemezler. Oda sıcaklığında cıva
hariç katıdırlar. Yoğunlukları yüksektir. (3-19 g/cm3 arasında
değişir). Yarı iletkenler elektronik endüstrisinde pek büyük bir
önemi ve yeri olan elementlerdir. Özellikleri metal ve ametaller
arasındadırlar. Görünüşleri ile metal gibi görünürler ama
kimyasal reaksiyonlarda ametaller gibi davranırlar. Oda
sıcaklığında katıdırlar. B, Si, Ge, As, Sb, Se, Te yarı metaldirler.
Yarı metallere aynı zamanda yarı iletkenler adı da verilir.
s-Bloku Metalleri
En dış tabakadaki (değerlik elektronları) sorbitallerinde bulunan metallerdir. Li-ailesine alkali
metaller, Be-ailesine de toprak alkali metaller adı
verilir. Genellikle alkali metaller diye de anılırlar.
Lityum ailesi: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr reaksiyon
yeteneği en yüksek olan metallerdir. Berilyum
ailesi: Be, Mg, Ca, Sr, Ba ve Ra dur. Toprak alkali
metalleri adı da verilir. Radyum radyoaktiftir. Beailesi metalleri bileşiklerinde +2 değerliklidirler.
s-Bloku Metallerin Bileşikleri
s-Bloku metallerin bazı bileşiklerinin endüstriyel önemi büyüktür.
NaOH (kostik soda): Kimya ve kağıt endüstrisinde,
alüminyumun elde edilişinde, petrolde istenmeyen kükürdün
ayrılmasında, sabun ve deterjan sanayisinde,
Na2CO3 (Soda külü): Temizleyicilerde, kimyasal maddelerin
yapılmasında, cam sanayisinde, suların sertliğinin giderilmesinde,
NaHCO3 (Pişirme sodası): Kağıt sanayisinde, yiyeceklerde
kabartma tozu olarak ve yangın söndürmede,
CaO (Sönmemiş kireç), Ca(OH)2, (Sönmüş kireç): Metallerin
elde edilmesinde (metalürjide), harç ve çimento yapımında,
MgO (Mağnezya): Ateş tuğlası, yalıtkan, kağıt sanayisinde
hayvan yeminde ve çöktürücü olarak,
MgSO4.7H2O(İngiliz tuzu): Müshil ilacı olarak tıpta, dericilikte
kullanılırlar
NaCl nin
elektrolizi ile
sodyum elde
edilişi (Downs
hücresi).
s-Bloku Metallerin Tanıma
Reaksiyonları
Alev denemeleri ile tanınırlar. Bileşik veya
elementel halde bunzen alevinde Li turuncu, K
menekşe, Na sarı, Ba yeşil, Sr kırmızı ve Ca
tuğla kırmızısı renkle yanarlar. Alkali metallerin
tuzları hemen hepsi suda çözünürler. Toprak
alkali metal karbonat ve sülfatları suda az
çözünürler.
p-Bloku Metalleri
En dış elektronları p-orbitallerinde olan metallerdir.
Bunlar Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb ve Bi dir. III-A grubu
metalleri Al, Ga, In, Tl dur. Galyum, indiyum ve
talyumun +3 değerlikli bileşikleri kuvvetli yükseltgen
olarak etki ederler.
In, Tl +1 değerlikli halde de bulunurlar. Alüminyum
hafif parlak kolay işlenen bir metaldir. Mutfak eşyaları
yapılan korozyona uğramayan bir malzemedir.
Alüminyum toz halde demir-3-oksidi
elementel demire indirgeyerek büyük
miktarda ısı açığa çıkarır ve bu esnada
indirgenmiş olan demir erir. Bu
reaksiyona termit reaksiyonu denir ve
kaynakçılıkta kullanılır:
Alüminyumun
erimiş boksit ve
kriyolitten
elektroliz yoluyla
elde edilişi.
Alüminyumun
amfoter
özelikleri
Çinko Ailesi Metalleri
Çinko ailesi metalleri çinko, kadmiyum ve cıvadır.
Geçiş elementlerinin hemen bitiminde yer
aldıklarından son geçiş elementleri diye de
adlandırmaları yapılmaktadır. En dış görüngeleri
d10s2 elektronik yapısına sahip oluşları nedeniyle sbloku metalleri ile benzerlik gösterirler. En fazla +2
değerlikli olabilirler. Zn ve Cd sadece +2, cıva +1 ve
+2 değerlikli olabilir. Toprak alkali metallerine
benzerler. Fakat onlara göre daha
elektronegatiftirler ve daha düşük erirler.
Metallerde Kovalent Bağlanma Özellikleri
Metallerin tüm bileşiklerinin iyonik bağ yaptığını
düşünürüz. Çoğunlukla bu doğrudur fakat her zaman
değil. Özellikle alkali metallerinden sonra gelen toprak
alkali, geçiş metalleri, p-bloku metalleri ve yarı metaller
kovalent bağlı bileşiklere meylederler. Aslında % 100
iyonik bileşikler deyimini kullanmak bile doğru değildir.
İyonik bileşiklerde her zaman bir kovalent bağ karakteri
çok az bile olsa hep mevcuttur. Çünkü kovalent bağ, bir
katyonun bir anyonun elektron bulutunu deforme
etmesi şeklinde oluşur.
Berilyum, bir elektronunu klor atomuna verip
klorür anyonu meydana gelince berilyum katyonu
bu klorür anyonunun elektron bulutunu deforme
eder (şeklini bozar).
+
+
-
deformasyon
+
-
kovalent bağ
Kovalent bağa
meyletme özellikleri
1. İyon yarıçapı küçük ve aynı zamanda yüksek değerlikli
katyonlar kovalent bağa daha fazla meylederler.
2. Her periyotta soldan sağa gidildikçe iyon yarıçapı
azaldığından kovalent bağ karakteri artar.
3. Bağ yapan iki atomun elektronegatiflik değerleri arasındaki
fark büyüdükçe iyonik karakter artar.
4. Anyonun çapının büyümesi de kovalent bağa yardımcı olur.
5. Anyon yükünün artışı kovalent karakteri artırır.
ONUNCU HAFTA
Geçiş metalleri. Krom, mangan, demir,
kobalt, nikel. Kompleks bileşikleri.
Geçiş metallerinin reaksiyonları.
Geçiş Metalleri
Geçiş metalleri bakır, demir, altın, gümüş gibi çok
eskiden beri bilinen metalleri içine alır. Periyodik
tabloda ikinci baş grup elementleri ile üçüncü baş
grup elementleri arasında kalan elementlerdir.
Bunların en önemli özellikleri elektron
yapılarındadır. En dış tabakalarından başka iç
tabakalarında da elektron dolmamış tabakalar
bulunur. d-orbitalleri sırasıyla dolan metallere dgeçiş metalleri, f-orbitalleri sırasıyla dolan metallere
de f-geçiş metalleri denir.
Geçiş metallerinin genel özellikleri
Tipik metaldirler,
Değişik yükseltgenme
basamaklarında bulunabilirler,
Paramagnetik ve ferromagnetik (Fe,
Co, Ni, Mn) özellik gösterirler,
Kompleks bileşikler verirler.
Geçiş Elementlerinin Reaksiyonları
1. Kompleks bileşiklerin
elementlerle reaksiyonlarında
örneğin oksijenle reaksiyona
girdiğinde oksitlenir ve
reaksiyon durur. Manganın
oksijenle reaksiyonu böyledir.
Yüksek sıcaklıkta mangan; flor,
klor, azot ve oksijenle
reaksiyona girer. Toz halinde
iken reaksiyon kabiliyetleri
artar.
Geçiş Elementlerinin Reaksiyonları
2. Asit ve bazlarla reaksiyonlarda da
hemen koruyucu bir tabaka ile
kaplanır. Örneğin derişik nitrik asit
demir, kobalt ve nikeli hemen
pasifleştirir, ileri bir kimyasal
reaksiyonu önler. Tüm platin grubu
metaller (Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt) asit
ve sulu bazlara karşı direnç
gösterirler.
Geçiş Elementlerinin Reaksiyonları
3. Sulu çözeltilerde çoğu geçiş metal
katyonu kompleks iyonları halinde ve
değişik renklerde bulunur.
Krom, Cr
Mavimsi renkli sert, kırılgan, çok parlak ve korozyona
çok dayanıklı bir metaldir.
Kromit (FeCr2O4) cevheri halinde bulunur. Çelik esas
olarak demir, krom ve nikel alaşımıdır. Kromit cevheri
doğrudan demire katılarak demir krom (ferrokrom)
çelikleri yapımında kullanılır. Krom, krom kaplama, çelik
alaşımlarında, CrO3 (krom-6-oksit) kaplama
banyolarında, boya, yükseltgeyici, Na2CrO4,
Na2Cr2O7, K2Cr2O7; boya, deri tabaklama, korozyon
önleyici, alüminyum anot ve boya üretiminde kullanılır.
Mangan, Mn
Gümüşi, hafif pembe renkli kırılgan bir metal.
Kırılgan özellikli ve dövülebilir özellikli değişik
allotroplara sahiptir. Kromdan farklı olarak
nemli havada korozyona uğrar. Bitki ve
hayvanlarda esas eser element olarak bulunur.
Pirolüzit siyah MnO2.xH2O yeryüzünde
bulunan en belli başlı filizidir. Yükseltgenme
sayısı genellikle +2, +4, +7 dir (kromun +2, +3,
+6 dır).
Demir
Çok eskiden beri bilinmekte olan ve yeryüzünde en bol
bulunan metaldir. Açık havada kolayca paslanır. Pası pul
pul dökülüp metalin kolayca aşınıp tükenmesine yol açar.
Paslanmayı önlemek için a) yağlı boya ile boyayıp metalin
hava ile temasının önüne geçilir, b) çinko ile kaplanır, c)
kendinden daha aktif bir metal bağlanır (katodik koruma).
Örneğin denize indirilen gemilerin saç (demir levha)
kısmına magnezyum blokları bağlanır. Böylece bir
galvanik pil oluşur. Daha aktif bir metal olan magnezyum,
anot olup aşınırken demir levha katot olup herhangi bir
aşınmaya uğramaz.
Yüksek fırında
metalik demirin
filizlerinden elde
edilişi
Çelik
Demirin en önemli alaşımı çeliktir. Demirin; CCr-Mn-Ni gibi elementlerle yaptığı çok çeşitli
alaşımlarının tümüne birden çelik adı verilir.
Çelik, dayanıklılığı, parlaklığı, işlenme kolaylığı
bakımından çok kullanılan bir malzemedir.
Kobalt ve Nikel
Kobalt ve nikel, yüksek mıknatıs özelliğine sahip
alniko (Fe-Al-Ni-Co alaşımı) ve ameliyat
aletlerinin yapıldığı stellit (Cr-Co-W alaşımı) ve
madeni para gibi kıymetli alaşımların yapıldığı
elementlerdir.
ONBİRİNCİ HAFTA
Bakır, gümüş, altın. Elde edilişleri ve
kimyasal reaksiyonları.
Bakır, Gümüş, Altın (Cu, Ag, Au)
Tipik metaldirler. İyi iletkendirler. Gümüş beyazdır, altın ve
bakır kırmızı renklidir. Çok ince tel ve levha haline
getirilebilirler. Çok parlak ve güzel renkli oluşları süs
eşyası olarak kuyumculukta ve çatal bıcak sanayiinde
kullanılmalarını sağlar. Bakır; elektrik ileten teller, borular
ve para yapımında, gümüş; çatal bıçak yapımında, para
yapımında, elektronik cihazlarda, fotoğrafçılıkta, ayna
yapımında ve kuyumculukta kullanılır. Altın; kuyumculuk,
fotoğrafçılık, yansıtıcı pencereler ve elektronik cihazlarda
kullanılır. Gümüş ve altın çok iyi iletken olmasına rağmen
bakır en ucuz iyi iletken olarak kullanılır.
Bakır
Bakır doğada, malahit CuCO3.Cu(OH)2,
kalkopirit CuFeS2 gibi hidroksit ve sülfür filizleri
şeklinde bulunur. Filizlerin yüksek fırında kok ile
karbon monoksit üzerinden indirgenmesi ile ham
bakır ele geçer. Ham bakır anot olarak
bağlanarak elektroliz yoluyla saflaştırırlır ve altın,
platin, gümüş gibi kıymetli maden safsızlıklarını
anot çamuru olarak bırakır.
Elektrolitik bakır ham bakırın
elektroliziyle elde edilir:
Bazı altın, gümüş ve
bakır alaşımları :
Pirinç
Bronz
Alman gümüşü
Nikel para
Altın (18 ayar)
Menekşe altın
Beyaz altın
: Cu-Zn
: Cu-Sn
: Cu-Zn-Ni
: Cu-Ni (% 75)
: Cu-Au-Ag
: Au-Al
: Au-Pd-Ni (veya Zn)
Süper iletkenlik
Çağdaş fiziğin en ilginç olaylarından sayılan süper
iletkenlik H.K. Onnes tarafından 1911 de cıvanın sıvı
helyum içinde (4K de) direncinin sıfır oluşuyla
keşfedilmiştir.
ONİKİNCİ HAFTA
Yarı metaller; bor, silisyum,
germanyum, arsenik. Elde edilişleri
ve kimyasal reaksiyonları.
Yarı Metaller (yarı iletkenler)
(B, Si, Ge, As, Sb, Se, Te)
Yeni teknolojinin bize sunmuş olduğu bilgisayarlar, video
oyunları, konuşan arabalar; alarmlı saatler, ileri derecede
programlanabilir hesap makineleri katı hal (solid state)
devriminin bir sonucudur. Katı hal elektronikte yarı iletken
elementlerden yapılmış çok küçük cihazlarla elektrik
sinyallerinin oluşturulduğu, gücünün artırıldığı veya kontrol
edildiği anlamına gelir. 1950 lerde keşfedilen katı hal
fikrinden önce radyo lambaları gibi yukarıda sayılan
özellikleri yerine getiren parçalar, vakum yapılmış
paslanmaz metal ısıtıcılar bulunan elektron tüplerinden
ibaretti. Bu yüzden radyoları çok büyük yapmak gerekiyordu
(61 ekran TV boyutunda). Halbuki transistorlar, doğrultucular
ve diyotlar bu görevlerini birtakım ısıtıcı tellere, vakuma,
değiştirebilir parçalara ihtiyaç göstermeden ve çok küçük bir
yer işgal ederek yerine getirirler. Böylece elektronik
malzemelerin boyutları büyük oranda küçültülmüş oldu.
Yarı metaller bazı
elementlerle birleşirler:
Yarı metallerin reaksiyonları
Yarı metaller su ve oksitleyici olmayan asitlerle
reaksiyona girmezler. Derişik oksitleyici asitlerle
reaksiyon verirlerken, nitratlar ve sülfatlar indirgenirler,
erimiş alkali hidroksitlerden hidrojen açığa çıkarırlar.
Yarı metal oksitleri metallere benzer şekilde
asidiktir veya amfoterdir, bazik değildirler:
Bor, tabiatta boraks (Na2B4O7.10H2O),
kolemanit (Ca2B6O11.5H2O) mineralleri halinde
bulunur. Oksidinin magnezyum ile
indirgenmesiyle elementel bor elde edilir:
B2O3(k) + 3Mg(k)  2B(k) + 3MgO(k)
Bor hidrürleri enteresan bileşiklerdir,
çok reaktiftirler (reaksiyon
vericidirler). Kendiliğinden yanarlar.
Su ile borik asit ve hidrojen verirler.
Bu bileşiklerde bor atomları arasındaki hidrojen atomları üç
merkezli bağa sahip (iki kovalent bağ) yapar şeklinde
bulunurlar.
H
H
B
H
H
H
B
B
B
B2 H 6
H
H
H
B
H
B4 H10
H
H
B
B
H
H
H
(dekaboran)
H
Silisyum, SiO2(silis) veya SiO32- (silikat) bileşikleri
halinde tabiatta bulunur. Kum büyük oranda SiO2
dir ve karbonla indirgenerek silisyum elde edilir.
3000C
SiO2 (k) + 2C (k)  Si (s) + 2CO
(g)
Silikon polimerleri endüstride çok önemlidir.
CH3
Si
CH3
CH3
O
Si O
CH3
(Silikon polimeri)
n
Cam; amorf, aşırı soğumuş sıvıdır.
Seramikler camdan çoğunlukla, kaolin
grubu mineralleri: Al2Si2O5(OH)4
içermeleri, şekil verilebilmeleri ve
pişirilebilmeleri bakımından ayrılırlar.
Çimento, kalsiyum alüminyum
silikatlar halinde olup su ile sertleşip
beton yapımında kullanılır.
Arsenik ve antimon
Arsenik ve antimon sülfürlü bileşikleri
halinde tabiatta bulunurlar.
Antimon ve arseniğin ikişer allotropu
vardır. Gri olanları yarı metal, sarı olanları
amorftur, ametalik özelliktedir. Her iki
türün de bileşikleri yüksek
derecede zehirlidir.
Arsenik hidrürleri arsin AsH3, antimonunki
sitibin SbH3 dür.
Metalik Bağlanma
Lityum Li, Li2, Li3, Li4 ve LiN atomlu moleküller
yapıyormuş gibi metalik bağlanmayı ortaya koyar
ONÜÇÜNCÜ HAFTA
Çekirdek kimyası. Radyoaktiflik.
Çekirdek reaksiyonları.
ÇEKİRDEK KİMYASI
Çekirdeğin yapısı ile ilgili ilk bilgiler radyoaktifliğin keşfi ile
başlar. H.Becquerel, 1892 yılında, radyoaktifliği tesadüfen
buldu. Bir uranyum bileşiğinin (K2SO4.UO2SO4.2H2O)
yanında karanlıkta kağıda sarılı olarak duran fotoğraf
plakalarının kararması radyoaktifliğin ilk işareti olmuştu.
Daha sonra radyoaktifliği büyük çapta bilime kazandıran
radyum ve polonyumu keşfeden Curie’lerin (Marie ve
Pierre Curie, kızları Irene ve damatları Frederic Joliot
Curie) çalışmaları gelir. Bu sahada ayrıca Rutherford,
Soddy, Fermi ve daha birçok bilim adamının çalışmaları
da önemli bir yer tutar.
Kütle, enerji ve çekirdek enerjisi
Evrenin toplam enerjisi sabit olduğu
fikrinden yola çıkarak A.Einstein 1905
yılında madde ve enerji arasındaki
ilişkiyi (relativity: görelik teorisi) ortaya
koydu:
Radyoaktiflik
Radyoaktiflik, kararsız çekirdeklerin kendiliğinden
parçacıklar ve/veya elektromanyetik radyasyon
yaymalarına (ışıma), radyoaktiflik denir. Tabiatta
mevcut olan uranyum, radyum gibi elementlerin
çekirdeklerinin parçacıklar ve/veya ışımalar
yaymalarına doğal radyoaktiflik, laboratuarlarda
yapay olarak elde edilen izotopların radyoaktifliğine
de suni (yapay) radyoaktiflik denir. Elementlerin
üçte biri doğal radyoaktif izotoplarına sahiptirler.
Bizmuttan daha ağır izotopların hepsi radyoaktiftir.
Radyoaktif Parçalanma Kinetiği
Radyoaktif bozunma I. mertebeden bir reaksiyondur. Aktiflik,
bir radyoaktif kaynaktan birim zamanda yayınlanan ışıma
miktarıdır. Radyoaktifliği madde miktarı veya aktiflikteki
değişme cinsinden ifade edebiliriz.
Log qo/q = kt/2.303 veya log ao/a = kt/2.303
qo : başlangıçtaki madde miktarı
ao : başlangıçtaki aktiflik
q : bir t zamanı sonundaki madde miktarı
a : bir t zamanı sonundaki aktiflik
k : reaksiyon hız sabiti
Yarılanma Ömrü, t ½
Yarılanma ömrü, radyoaktif elementlerde bilinmesi gereken en
önemli bir özelliktir. Çünkü yarılanma ömrü, radyoaktif
izotopların kararlılığının bir ölçüsüdür. Yarılanma ömrü çok
büyük olan bir izotop küçük olana göre daha kararlıdır.
Yarılanma ömrü:
t ½ = 0.693 / k
bağıntısıyla verilir.
Radyoizotopla ömür belirlenmesi
Canlılar yaşadıkları sürece bünyelerinde belirli bir 14-C
(radyoaktif) ve 12-C (kararlı) izotopları oranına
sahiptirler. Canlı yaşadığı sürece 14-C izotopunun
aktifliği 15.3 ışıma/dak g karbon olarak sabit kalır.
Ancak canlı öldüğü andan itibaren çevreden karbonlu
bileşik vücuda alamadığından dolayı 14-C’nun aktifliği
azalır. Cansız kütlelerin, dünyamız ve ayın yaşı da
238U nun bozunma sonucu 206Pb ye dönüşen oranı
dikkate alınarak hesaplanır.
Çekirdek Reaksiyonları
Çekirdek reaksiyonları, dört ana kısımda incelenir. 1.
Doğal veya suni radyoaktif izotopların kendiliğinden
ışımalar yaparak bozunmaları, 2. Bombardıman
reaksiyonları ki bunda elektromagnetik radyasyon
veya hızlı parçacıklar bir çekirdek tarafından yakalanır
ve kararsız hale gelen bu çekirdek bu defa
kendiliğinden bozunmaya başlar, 3. Kararsız ağır
çekirdeklerin parçalanması (fisyon), 4. Doğal olarak
yıldızlarda ve güneşte meydana gelen hafif
çekirdeklerin birleşmesi (füzyon).
Tüm kendiliğinden
bozunmalarda bu ışımaların
hepsinin birden olması şartı
yoktur. Belki sadece biri veya
ikisi bazen de üçü birden
oluşabilir. -ışınlarının
deliciliğini bir kabul edersek 
ışımasının 100,  ışımasının ise
10000 dir. Somut bir örnek
olarak;  ışınları bir insanın
elbisesini delip geçemez, 
ışınları elbiseyi deler, fakat
deride kalır.  ışınları ise insan
vücudunu baştan sona deler
geçer.
Radyasyon, Geiger sayacı ile ölçülür. Bir Geiger cihazının
şeması Şekil 15.3 de gösterilmektedir. Tüp içine
pencereden giren radyasyon argon gazını iyonlaştırır ve
bu iyonların anot ve katoda doğru gidip yapışmasıyla
akım geçer. Bu geçen elektrik akımı ölçülür ve radyasyon
birimine dönüşmüş olarak sayaçtan okunur.
Geiger
Sayacı
ONDÖRDÜNCÜ HAFTA
Organik kimya,
polimerler ve biyokimya.
Organik Kimya ve Organik Maddeler
1800’lü yılların başlarında kimyacılar canlı organizmalar
tarafından üretilen biyokimyasal maddeleri organik
maddeler canlı organizma tarafından üretilmeyen diğer
maddeleri de inorganik maddeler diye sınıflandırıyor ve
organik maddelerin hayati bir güce sahip olduğunu
sanıyorlardı. Ancak 1828 de Wöhler’in üreyi ve 1845’de de
Kolbe’nin asetik asidi tamamen inorganik maddelerden
sentezi bu inancı çürüttü. Bunun sonucu olarak organik
maddeler hayatla ilişkili olamazdı. Gerçekte organik kimya
karbon bileşiklerinin incelenmesini içine alır. İnorganik
kimya da karbon içermeyen bileşikleri inceler. Ancak
CO32- ve CN- anyonlarını içeren bileşikler inorganik
kimyanın içine girer.
İzomer Bileşikler
Kapalı formülleri aynı, açık formülleri farklı
bileşiklere izomer denildiğini daha önce
söylemiştik. (sayfa: 100 ) Dört farklı izomer çeşidi
vardır: İskelet (veya zincir) izomerisi, cis-trans
izomeri, iyon izomerisi, bağ izomerisi.
Alkanlar
Hidrokarbonların başında doymuş hidrokarbonlar
alkanlar gelir. Bunlar doğrusal veya dallanmış
karbon zincirleri oluştururlar. Birbiri ardına gelen
bileşiklerden bir CH2 grubu fark ederek homolog
sıra oluştururlar. Karbon sayısının latince adının
sonuna en eki getirilerek adlandırılır. Düz zincirli
olanların başına normal (n-), dallanmış olanların
başına izo, tersiyer (t-) ekleri getirilir.
Aromatik Bileşikler
Aromatik bileşikler, doğal olarak çoğunlukla taşkömüründe
bulunurlar. Kömür gerçekte saf karbon elementi değildir,
inorganik maddeler, karbon ve çoğunlukla benzen ve benzen
türünden olan aromatik bileşiklerin bir karışımından ibarettir.
Aromatik bileşikler, taşkömürünün havasız bir ortamda kuru
kuruya ısıtılıp destillenmesi ile elde edilir. Geriye az miktarda
inorganik maddelerle kurumuş karbon, kok kömürü kalır.
Benzen aromatik bileşiklerin ilk üyesidir. 1825 de Faraday
izole etmiş, 1866’da Kekule benzenin halka yapısını
önermiştir.
Fonksiyonlu Gruplar
Organik maddelere kendine has özelliklerini veren,
kimyasal olarak reaktif olan atom veya atom gruplarına
fonksiyonlu grup denir. Bir cins fonksiyonlu grup taşıyan
tüm organik bileşikler hemen hemen benzer özellikler
gösterirler ve o fonksiyonlu grupların adıyla
genelleştirilerek adlandırılırlar: Halojenürler, Alkoller,
Aminler, Ketonlar, Karboksilli Asitler, Esterler, Açil
halojenürler, Asit anhidritleri, Amidler.
Organik Maddelerin Karakterizasyonu
Organik kimyada en başta gelen işlemler yeni organik
maddeler sentez etmek ve bunların karakterizasyonunu
yapıp molekül yapısını belirleyerek formülünü
yazmaktır. Bunun için; yapısal analiz için mor ötesi,
görünür ve kızılötesi spektrometrelerle nükleer manyetik
rezonans spektrometrelerini kullanılır. Karbon, hidrojen,
azot analizi yapan mikro analiz cihazı kullanılır.
Polimerler
Polimer, tarif olarak, küçük ve basit bir kimyasal
birimin tekrarlanmasıyla oluşmuş büyük bir
moleküldür. Makro molekül olarak da adlandırılır.
Polimer molekülü içinde tekrarlayan bu küçük, basit
kimyasal birime tekrarlayan birim denir. Polimeri elde
etmek için başlangıçta kullanılan küçük moleküllü
maddelere de monomer adı verilir.
Polimer yapısı: Polimer molekülleri uzun
zincirler halindedir ve her zaman düz zincirler şekline
sahip olmayıp dallanmış veya çapraz bağlı olabilirler.
Doğrusal polimerler normal zincir
reaksiyonları ve basamaklı polimerizasyon sonucu
ele geçerler. Sıcaklıkla şekil değiştirebildiklerinden
bunlara termoplastikler adı verilir. Bunlar molekül
zincirlerinin birbirine paralel istiflenmesi veya karışık
durumda olmasına göre kristal ve amorf polimerler
olarak adlandırılırlar.
Biyokimya
Canlılığımızı sürdüren molekülsel organizmadaki
dört ana kısım karbohidratlar, lipidler, proteinler
ve nükleik asitlerdir. Bu maddeler su, inorganik
tuzlar ve daha küçük moleküllerle birlikte bir
hayvan veya bir mikroorganizmanın hücresinde
mevcutturlar. Oranları değişebilir. Binaenaleyh bu
dört ana kısım tüm bitki ve hayvanlarda aynı
görevleri icra ederler.
Karbohidratlar; şeker monomerinin
polimerleşmesiyle oluşmuş polisakkaritlerle (selüloz,
nişasta,...gibi), mono ve disakkarit gibi basit şekerlerin
tümüne birden karbohidratlar adı verilir.
Lipidler: Karbohidratların aksine polimerik değildirler.
Dört farklı grupta incelenebilirler. Giliseritler, fosfolipidler,
mumlar ve steroidler.
Proteinler: Alfa aminoasitlerin
polimeridirler.
H
O
H
H2 N C
C OH + H2 N C
R
R
a-karbon (karboksil grubuna en
yakın komşu karbon atomu)
O
C OH
H ( NH
H
O
C
C NH C
R
R
peptid bağları
H
O
C ) OH
Bazı amino asitler
OH
H
H2 N C
O
C OH
CH3
H2 N C
C OH
O
H
H
Glycine (Gly)
CH2 SH
Alanin (Ala)
H
C
OH
Sistein (Cys)
H2 N C
C OH
H
O
Serin (Ser)
O
CH2 C
OH
NH2 C
CH2
NH2 C
H
H
O
C
OH
Aspartik asit (Asp)
NH2 (CH2 )4 C
O
C
NH2
Lisin (Lys)
OH
Bazı protein çeşitleri
Enzimler: Biyokimyasal reaksiyonları katalizlerler.
Yapısal proteinler: Virüs örtü proteinleri, böcek ipekleri,
koruyucu dokular hücre duvarı proteinleri (deri, saç, tüy,
tırmak, boynuz v.s.)
Taşıyıcı Proteinler: (Hemoglobin), membran proteinler: tüm
hücrelerde ve hücrelerarasında mevcut proteinler. Depo
proteinler: lazım olduğu zaman amino asitleri salıverirler. Süt
proteini: kazein ve yumurta beyazı (albumin), hormonlar:
metabolizmayı ve büyümeyi düzenlerler.
Gerici proteinler: Kas liflerindeki proteinler.
Nükleik asitler: Genlerin yapıldığı moleküllerdir.
VİTAMİNLER
Vücutta enzimlerin görevine yardımcı olan
maddelerdir. A, B, C, P, K, E, H vitaminleri olarak çok
çeşitlidirler. Tiyamin (B1), Riboflavin (B2), Pridoksin
(B6), Niyasin (P), Biyotin (H), Askorbik asit (C),
Retinol (A), Kalsiferol (D), Tokoferal (E), Menadion
(K) vitaminleri bazı önemli vitaminler olup başlıca et,
süt, yumurta, tahıl sebze ve meyvelerde bulunurlar.
Çok önemli hayati işlemler için mutlaka her gün
alınmalıdırlar.