Metaller- Bas grup Elementleri-I

General Chemistry
Principles and Modern Applications
Petrucci • Harwood • Herring
8th Edition
Bölüm 22: Baş Grup Elementleri I: Metaller
⇄ ⇌   ‾ + ÷  ↑↓ ↕ | ǁ |│║ │∫∑ √ ∛ ∜ ≤ ≥ ~ ∞ ≡ ≈ Δ∇ δ π σ υ λ α β 
γ Ў ψ μ t τ ζ Ψ Ω θ Χ ε φ ω η ō Ō ½ ¼ ¾ ¼ ½ ¾ ΔGo , ΔSo , ΔHo
Philip Dutton University of Windsor, Canada N9B 3P4 Prentice-Hall © 2002
GK-II
K.22
1 / 84
Konular
22-1
22-2
22-3
22-4
22-5
Grup 1: Alkali Metaller
Grup 2: Toprak Alkali Metaller
Doğal Sulardaki İyonlar: Sert Su
Grup 13 Metalleri: Aluminyum,Galyum,Indiyum ve
Talyum
Grup 14 Metalleri: Kalay ve Kurşun
Özel Konu Galyum Arsenür
GK-II
K.22
3 / 84
Alkali Metaller IA-Grubu :
Li-Na-K-Rb-Cs-Fr
•
•
•
•
•
•
Tabiatta Bulunuşları
Elde Edilişleri
Genel Özellikleri
Fiziksel Özellikleri
Kimyasal Özellikleri
Sanayide Kullanım Yerleri
4
Grup 1: Alkali Metaller
1.Grup elementlerinin dünyadaki
bolluk miktarları ve sırası
Spodumene LiAl(SiO3)2
Dünyadaki elementlerin bolluk sırası : 1.O2=%49,4
2.Si=%25,8
3.Al=%7,6 4.Fe=%4,7 5.Ca=%3,4 6.Na=%2,7 7.K=%2,4
8.Mg=%1,9 9.H=%0,7 10.Ti=%0,4 11.Cl=%0,2 12.P=%0,1 Diğer
Elementlerin tümü %0,8 dir. Kainatta Bulunan elementlerin %90 H
(Kütlenin %75) gerisi He’dur. Dünyada bulunan elementlerin %80’ni
bileşik, %20’si elementeldir.
5
Grup 1: Alkali Metaller
• Çizelge de görüldüğü gibi IA grup elementleri, alkali metaller, doğada bol
bulunur. Bu elementlerin bazı bileşikleri tarih öncesi yıllardan beri bilinmekte
ve kullanılmaktadır. Bu elementlerin
• keşfi 200 yıl öncesinden başlar. Alkali metal bileşiklerini sıradan olaylarla
belirlemek zordur bundan dolayı ancak bu elementlerin keşfedilmesi bilimsel
gelişmelerle mümkün olmuştur. Sodyum(1807) ve potasyum(1807) elektrolizle
keşfedilmiştir.Sezyum(1860)ve Rubinyum (1861) yayılma spektrumları ile
yeni elementler olarak tanınmıştır.Fransyum(1939) aktinyum radyoaktif
bozunma ürünü olarak elde edilmiştir.
• Alkali metal bileşiklerini çoğu suda çözündükleri için bir çok Li,Na, ve K
bileşikleri örneğin klorürler,karbonatlar ve sülfatlar deniz suyundan elde
edilebilirler. NaCl, KCl gibi bazı alkali metallerin bileşikleri katı birikinti
halinde madenlerden çıkarılırlar.Rubidyum ve sezyum, lityum yataklarının
işlenmesi sırasında yan ürün olarak elde edilirler.
6
Alkali Metallerin Özellikleri
• Hangi ölçüt seçilirse seçilsin, grup 1 elementleri en
aktif metallerdir.
• Alev renkleri
Grup metallerinin dış kabuk s ve p orbitalleri
arasındaki enerji farkları, görünür ışığın belli
dalga boylarına karşılık gelir. Sonuç olarak,
grup 1.grup metalleri alevde ısıtıldıklarında
karakteristik alev renkleri verirler.
Alkali metal bileşikleri havai fişek gibi
patlayıcı gösterilerinde kullanılır.
7
Fiziksel Özellikleri
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
Atom NO
3
11
19
37
55
87
Atom Ağ.
6,94
22,99
39,1
85,47
132,91
223
EN (°C)
179
97,8
63,65
38,89
28,5
…
KN(°C)
1317
892
753,9
688
671
…
0,534
0,97
0,862
1,53
1,89
…
Elektron Yapısı
1s2 2s1
1s2 2s2 2p6 3s1
(Ar) 4s1
(Kr) 5s1
(Xe) 6s1
(Rn) 7s1
Alev Rengi
Kırmızı
Sarı
Mor
Koyu Kırmızı
Mavi
…
Özgül Isı
1,05
0,33
0,188
0,0880
0,0572
…
Atom Yarıçapı(A0)
1,52
1,85
2,31
2,44
2,62
…
Birincil İ.E.
(Kcal/mol)
124,3
118,4
100
96,3
89,7
…
25 °C deki
Yükseltgenme
Potansiyeli
3,04
2,71
2,92
2,92
2,92
…
20°C'de
d (g/cm³)
8
Table 22.2 Some Properties of the Group 1
(Alkali) Metals
9
• Alkali Metaller IA-Grubu : Li-Na-K-Rb-Cs-Fr elementleri
•
•
•
•
olup bunların oksitleri ve hidroksitleri kuvvetli baz özelliği
gösterdiğinden, bazik anlamına gelen alkali metaller adı verilir. Bunlar
en dış orbitalleri olan küresel s orbitalinde 1é taşırlar. Elektron
sistemlerinin benzerliğinden, alkali metallerin bir çok özellikleri de
birbirine benzer. Her biri, aynı periyotta bulunan diğer elementlere
göre daha büyük atoma sahiptirler. Dış orbitaldeki tek elektronu
kolaylıkla verip elektron sistemlerini asal gazlara benzeterek +1
değerlikli iyon (katyon) halinde bileşikler oluştururlar. Alkali metal
atomlarında elektronlar, çekirdekten uzakta olduklarından
koparılmaları kolay, iyonlaşma enerjileri düşük, düşük
elektronegativiteli, dolayısıyla en kuvvetli elektropozitif elementlerdir.
Işıklandırıldıklarında elektron yayabilirler. Bu sebepten potasyum ve
sezyum foto-elektrik hücrelerde kullanılırlar.
Alkali metallerin erime ve kaynama noktaları düşük olup, grupta
aşağıya doğru inildikçe erime ve kaynama noktaları daha da düşer.
Bıçakla kesilebilecek kadar yumuşaktır.
Elektrik akımını ve ısıyı iletirler.
İlk kesildiklerinde yüzeyleri
gümüş parlaklığındadır.
GK-II
K.22
10 / 84
Tabiatta Bulunuşları
• Alkali metaller tabiatta sadece +1 yüklü iyonlar halinde bulunurlar. En bol
bulunanları sodyum ve potasyumdur. Yer kabuğunda bulunan elementler
içinde altıncı ve yedinci sırayı alırlar. Lityum daha az bulunmasına
rağmen, hemen hemen bütün kayalarda az miktarda rastlanır. Rubidyum
ve sezyum çok az bulunur. Radyoaktif bir element olan fransiyum tabiatta
hiç bulunmaz. Ancak nükleer reaksiyonlarla eser miktarlarda oluşabilir.
• Alkali metal bileşiklerinin pek çoğu suda çözündüklerinden, genellikle
deniz suyunda ve acı kuyu sularında bulunurlar. Tabiatta alkali metallerin
bileşiklerinin elde edilmesine yarayan bir çok yataklar vardır. Bazı tuz
yataklarında potasyum, KCl ve KCl, MgCl2 . 6H2O şeklinde
bulunmaktadır.
• Sodyum ve potasyum iyonları, değişmez bir şekilde bitki ve hayvan
dokularında bulunur. Sodyum iyonu hüçre dışı sayılarının, potasyum
iyonu ise, hücre içinin başlıca katyonlarındandır. Bu iyonların su kaybını
önleme gibi genel fizyolojik görevleri de vardır.
11
Elde Edilişleri
• Alkali metalleri elde edebilmek için
bileşiklerinden +1 yüklü iyonlarını indirgemek
gerekir. Bu ya elektroliz yada kimyasal yolla
yapılır.
• Alkali metaller, genellikle, eritilmiş tuzların
elektroliziyle elde edilirler. Örneğin sodyum ticari
amaçlar için, eritilmiş NaCI ve CaCI2 karışımının
600O °C `de elektroliziyle tonlarca elde edilir.
Tepkimede CaCI2, elektroliz kabında NaCI'nin
erime noktasını düşürmeye yarar
• Erimiş NaOH'nin elektrolizi Castner(kesnır)
cihazında yapılır
12
Alkali Metallerin Eldesi ve Kullanışı
Elektroliz:
2 NaCl(l) → 2 Na(l) + Cl2(g)
Potasyum metali erimiş KCI nin Sıvı sodyum ile
indirgenmesinden elde edilir :
KCl(l) + Na(l) → 2 NaCl(l) + K(g)
TiCl4 + 4 Na → Ti + 4 NaCl
13
Genel Özellikleri
•
Alkali metaller değerlik tabakalarında tek elektronu kolayca kaybederek +1
yüklü iyonlar oluştururlar;bu nedenle kuvvetli indirgendirler.
• Birkaç istisna dışında bileşikleri iyoniktir.
• Metalik özellikleri gerği parlaktırlar;fakat diğer metallerin aksine,bıçakla
kesilebilecek kadar yumşaktırlar.
• Aleve tutulduklarında çeşitli renkler oluştururlar;Li,Na ve K tuzu çözeltisine
batırılmış bir platin tel,alevi sırasıyla kırmızı,sarı ve menekşe renge boyar.
• Isı ve elektriği çok iyi iletirler.
• Bulundukları periyotta iyonlaşma enerjileri en küçük,atom ve iyon çapları ise en
büyük olan elementlerdir.
• Diğer metallerin aksine,yoğunlukları ve erime noktaları oldukça
düşüktür.Lityum,sodyum ve potasyum yoğunlukları ilginç bir şekilde sudan daha
küçüktür.Sezyumun erime noktası o kadar düşüktür ki,sıcak günlerde sıvı halde
bulunabilir.
Alkali metaller su ile reaksiyona girip, hidrojen gazı verirler.
• Alkali metallerin su ile etkileşimi oldukça şiddetlidir.Reaksiyonun şiddeti
yukarıdan aşağı inildiçe artar.
14
Kimyasal Özellikleri
• Alkali metaller çok aktifdirler. Aktiflik, grupta aşağıya
doğru artar. Havada parlaklıkları kaybolur, oksitleri ya
da peroksitleri oluşur. Bu yüzden açık havada
saklanamazlar. Petrol, toluen gibi, alkali metallerle
tepkime vermeyen organik sıvılar içinde saklanırlar
• Su ile şiddetli tepkime verirler.Tepkimede H2 gazı
yanında bazları oluştururlar.
• Halojenle birleşerek tuzları oluştururlar.
• Hidrojenle birleşerek tuzları oluştururlar.
• Kuvvetli indirgendirler.Başka metalleri bileşiklerinden
açığa çıkarırlar.
15
Sanayide Kullanım Yerleri
• Alkali metallerin sanâyide yaygın bir kullanım sâhaları
vardır. Nükleer reaktörlerde ısı aktarımı için, ısı iletkenleri
yüksek olan sıvı sodyum ve sıvı lityum kullanılır. Uzay
araçlarında yakıt olarak kullanılan sezyum tuzlarından
ayrıca ışık yükseltici lambalarda, kızılötesi lambalarda ve
spektrofotometrelerde de faydalanılır. Potasyumun sun'î
gübre üretimindeki önemi oldukça büyüktür. Alkali
metaller ayrıca muhtelif alaşımlara da katılmaktadır.
• Alkali metallerden olan lityum ısıtıldığında belli dalga
boyunda, kendine has bir ışık yayar. Bu sebeple işaret
fişeklerinde kullanılır.Kimyasal karışıma az bir miktar
lityum nitrat tuzu katılırsa parlak kırmızı bir renk meydana
gelir
16
Kullanıldıkları yerler
• Lityum
– Li-Al-Mg alaşımları uçak ve mekik yapımında.
– Düğme Pillerin yapımında .
• Sodyum
– Nükleer reaktörlerde ısıtransferinde.
– Sodyum buharlı lambalarda.
17
Grup I Bileşikleri
• Halojenürler
Alkali metallerin tümü halojenlerle şiddetli olarak,
bazen patlayarak tepkimeye girer ve iyonik
halojenürler tuzlarını oluştururlar. Bunların en
önemlileri NaCl ve KCl dür.başlıca sodyum bileşiği
olan sodyum klorür ,gerçekte kimyasal maddelerin
üretimi için tüm mineraller içinde en çok
kullanılandır.
18
Grup I Bileşikleri
• NaCl
– ABD de senede 50 milyon ton NaCl kulanılır.
– Yollarda buzlanmaya karsı et ve balığın bozulmasını
engellemede su yumuşatıcılarını yenilemede kullanılır,
– KCl deniz suyundan elde edilir.
– Bitkisel gübre yapınmanda kullanılır
19
Sodyum bileşiklerini elde edilişi
GK-II
K.22
20 / 84
Grup I Bileşikleri: Karbonatlar
• Li2CO3 dışında alkali metal karbonatlarının tümü
ısıya dayanlıklı bileşiklerdir. Gerçekte, lityumu
grubun diğer üyelerinden ayıran bir kaç özellik
vardır: Nitrür oluşturabilmesi, karbonatının suda az
çözünmesi ve yüksek sıcaklıkta oksidinin
karbonatından daha karalı olması. Bu yönden Li
tümüyle Mg nin özelliklerine benzemektedir. Bu
benzerlik diyagonal ilişki olarak adlandırılır.
21
Diyagonal ilişki
22
Karbonatlar
• Li2CO3 manik- depresif hasların tedavisinde kullanılır
Na2CO3 başlıca cam sanayinde kullanılır.
• Solway yöntemi
Bazı ham maddelerin çevrim yoluyla tekrar ve tekrar
kullanabilmesinden ileri gelir.tepkimede ki ana basamak
NH3 ve CO2 gazlarının doymus NaCl ile tepkimeleridir.Bu
bileşikte oluşan iyonik bileşikler içinde en kolay kristallenen
sodyum hidrojen karbonattır.(NaHCO3)
23
Solvay Yöntemi
24
Sodyum sülfat
H2SO4(conc. aq) + NaCl(s) → NaHSO4(s) + HCl(g)
NaHSO4(s) + NaCl(s) → Na2SO4(s) + HCl(g)
Kağıt üretiminde :
Na2SO4(s) + 4 C(s) → Na2S(s) + 4 CO(g)
45 kg Na2SO4 /bir ton kagıt
25
Grup I Bileşikleri: Oksit ve hidroksitleri
• Oksijenle verdikleri tepkime sonucu birkaç iyonik
oksit oluştururlar.
– Uygun koşullarda M2O formülünde oksitleri
hazırlanabilir
• Li ve Na, M2O2 formülümde peroksitleri,
• K, Rb ve Cs MO2. formülünde süper oksitleri
oluştururlar.
26
IA OKSİT- PEROKSİT-HİDROKSİT
• Peroksitler oldukça kararlıdırlar. Sodyum peroksit ağarlaşıcı
ve güçlü oksitleyici olarak kullanılır.Alkali metallerin
oksitleri, peroksitleri ve süper oksitleri su ile tepkimeye
girerek bazik çözeltiler oluştururlar.peroksit ve süper oksit
iyonları su ile tepkimeye girerek yükseltgenme-indirgenme
tepkimesiyle hidroksit iyonları ve O2 (g) verirler.
• Grup 1 metallerinin hidroksitleri kuvvetli bazdır. Çünkü
bunlar sulu çözeltide ayrışarak hidroksit iyonlarını verirler.
• Alkali metal hidroksitleri, grup 1 metallerinin su ile
tepkimesinden de elde edilebilirler
• Alkali hidroksitlerinin önemli bir kullanım alanı da sabun ve
deterjan yapımıdır.
27
Sabun ve Deterjan
-
CH3(CH2)14CO2 Na+ katı SABUN (Sodyum Palmitat)
CH3(CH2)10CH2 OSO3 Na+ DETERJAN (sodyum lauril sülfat)
Sabunlar ve Deterjan yüzey aktif maddeler olup
yağları kolay çözebilmeleri nedeniyle başlıca
temizlik maddesi, koku giderici ve dezenfektan
(mikrop öldürücü) olarak kullanılırlar.
SABUN yağ asiti-Na tuzu ise katı sabun, yağ asidiK tuzu ise sıvı sabun olur. Yağ asidi-Li tuzları ise
EN düşük, KN yüksek olup yağlayıcı özelliğiyle
gres yağı olarak kullanılır.
DETERJANLAR ise Sodyum lauril sülfat, Alkil
aril sülfonat, Dodasilbenzen yapısında katyonik
veya anyonik karekterli olabilirler.
28
Lityum
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Adı: Lityum
Sembol: Li
Atom Numarası: 3
Atomik yığın: 6.941 amu
Erime Noktası: 180.54 °C (453.69 °K, 356.972 °F)
Kaynama Noktası: 1347.0 °C (1620.15 °K, 2456.6 °F)
Proton ve Elektron Sayısı: 3
Nötron sayısı: 4
Sınıfı: Alkali Metaller
Kristal Yapısı: Kübik
Yoğunluk: 0.53 g/cm3
Bulunuş Tarihi: 1817
Buluşu Yapan: Johann Arfvedson
29
Sodyum
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Adı: Sodyum
Sembol: Na
Atom Numarası: 11
Atomik yığın: 22.98977 amu
Erime Noktası: 97.8 °C (370.95 °K, 208.04001 °F)
Kaynama Noktası: 552.9 °C (826.05005 °K, 1027.2201 °F)
Proton ve Elektron Sayısı: 11
Nötron sayısı: 12
Sınıfı: Alkali Metaller
Kristal Yapısı: Kübik
Yoğunluk: 0.971 g/cm3
Bulunuş Tarihi: 1807
Buluşu Yapan: Sir Humphrey Davy
30 / 84
• Adı:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Potasyum
Sembol: K
Atom Numarası: 19
Atomik yığın: 39.0983 amu
Erime Noktası: 63.65 °C (336.8 °K, 146.57 °F)
Kaynama Noktası: 774.0 °C (1047.15 °K, 1425.2 °F)
Proton ve Elektron Sayısı: 19
Nötron sayısı: 20
Sınıfı: Alkali Metaller
Kristal Yapısı: Kübik
Yoğunluk: 0.862 g/cm3
Bulunuş Tarihi: 1807
Buluşu Yapan: Sir Humphrey Davy
31
Rubidyum
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Adı: Rubidyum
Sembol: Rb
Atom Numarası: 37
Atomik yığın: 85.4678 amu
Erime Noktası: 38.89 °C (312.04 °K, 102.002 °F)
Kaynama Noktası: 688.0 °C (961.15 °K, 1270.4 °F)
Proton ve Elektron Sayısı: 37
Nötron sayısı: 48
Sınıfı: Alkali Metaller
Kristal Yapısı: Kübik
Yoğunluk: 1.532 g/cm3
Bulunuş Tarihi: 1861
Buluşu Yapan: R. Bunsen
32
Sezyum
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Adı: Sezyum
Sembol: Cs
Atom Numarası: 55
Atomik yığın: 132.90546 amu
Erime Noktası: 28.5 °C (301.65 °K, 83.3 °F)
Kaynama Noktası: 678.4 °C (951.55005 °K, 1253.12 °F)
Proton ve Elektron Sayısı: 55
Nötron sayısı: 78
Sınıfı: Alkali Metaller
Kristal Yapısı: Kübik
Yoğunluk: 1.873 g/cm3
Bulunuş Tarihi: 1860
Buluşu Yapan: Fustov Kirchoff
33
Fransiyum
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Adı: Fransium
Sembol: Fr
Atomic Number: 87
Atomik yığın: (223.0) amu
Erime Noktası: 27.0 °C (300.15 °K, 80.6 °F)
Kaynama Noktası: 677.0 °C (950.15 °K, 1250.6 °F)
Proton ve Elektron Sayısı: 87
Nötron sayısı: 136
Sınıfı: Alkali Metaller
Kristal Yapısı: Kübik
Yoğunluk: Bilinmiyor
Renk: Bilinmiyor
Bulunuş Tarihi: 1939
Buluşu Yapan: Marguerite Derey
34
22-2 Group 2: Toprak Alkali Metaller
2.Grup elementlerinin dünyadaki
bolluk miktarları ve sırası
sıra
8
Be filizi BERİL minerali
Dünyadaki elementlerin bolluk sırası : 1.O2=%49,4
2.Si=%25,8
3.Al=%7,6 4.Fe=%4,7 5.Ca=%3,4 6.Na=%2,7 7.K=%2,4 8.Mg=%1,9
9.H=%0,7 10.Ti=%0,4 11.Cl=%0,2 12.P=%0,1 Diğer Elementlerin
tümü %0,8 dir. Kainatta Bulunan elementlerin %90 H (Kütlenin %75)
gerisi He’dur. Dünyada bulunan elementlerin %80’ni bileşik, %20’si
elementeldir.
35
• Toprak Alkali Metaller(Alkalinler)
• Periyodik Tablonun baştan ikinci grubunda (dikey
sırasında) yer alan elementlerdir.
• Sıklıkla beyaz renkli olup, yumuşak ve işlenebilir
yapıdadırlar. Alkali metallerden daha az tepken
(tepkimelere girmeye eğilimli) karakterde
olmalarının yanında, erime ve kaynama sıcaklıkları
da daha düşüktür. İyonlaşma enerjileri de alkali
metallerden daha yüksektir. Toprak elementleri
ismi, bu gruptaki elementlerin toprakta bulunan
oksitlerinin, eski kimyabilimciler tarafından ayrı
birer element olarak düşünülmesinden gelir.
• Bu elementler:Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra dır.
36
Grup 2A - TOPRAKALKALİ METALLER
• Grup 2 elementleri de grup elementleri kadar yaygındılar.Çizelge
22.3 özellikle kalsiyum ve magnezyumun çok bol olduğunu
göstermektedir.grup 2 elementleri çoğunlukla karbonatlar,sülfatlar
ve silikatlar halinde bulunurlar. Radyum radyoaktif olma özelliği
ile grup da önemli bir elementtir.
• Grup 2 metal oksitleri ve hidroksitleri suda az çözünür olmalarına
rağmen bazik veya alkalidirler. Bir zamanlar suda çözünmeyen,
ısıtma ile bozunmayan maddeler “toprak” olarak adlandırılmış ve
daha sonra grup 2 elementlerine de toprak alkali metaller
denilmeye başlanmıştır.
• Kimyasal yönden (örneğin su ve asitlerle tepkime verme ve iyonik
bileşikler oluşturma yetenekleri),ağır grup 2 metalleri –Ca,Sr,Ba ve
Ra-en azından grup 1 metalleri kadar aktiftirler.Bazı fiziksel
özellikleri yoğunluk, sertlik, erime noktası vb gibi değerleri 1.grup
elementleri den daha yüksektir.
37
Table 22.4 Some Properties of the Group 2
(Alkaline Earth) Metals
38
Berilyum
• Berilyum bazı fiziksel özellikleri bakımından diğer grup
2 elementlerinden farklıdır. Berilyum daha yüksek erime
noktasına sahiptir ve diğerlerine göre daha
serttir.kimyasal açıdanda farklılık gösterir:
• Be su ve hava ile tepkime vermez.
• BeO su ile tepkime vermez,diğer MO oksitleri M(OH)2
oluştururlar.
• BeO2 (Be-peroksit) kuvvetli bazik çözeltilerde Be ve
BeO oluşturarak çözünür.
• BeCl2 ve BeF2 erimiş halde elektriği az iletirler; kovalent
bileşiklerdir.
39
Berilyum
Berilyum ender elementlerdendir. Yerkabuğunda ancak
%0,0006 oranında bulunur. Zengin yatakları
bulunmadığından, berilden((Be3Al2(SiO3)6) elde edilir.
Fransız kimyacısı Nicolas Vaquelin tarafından 1798'de
oksit halinde bulunmuş, 1828'de, birbirlerinden
bağımsız olarak, Friedrich Wöhler ve Antoine Bussy
tarafından elde edilmiştir.
Alüminyumdan daha hafif, ama daha sert, ergime
noktası da yüksek bir element olan beril, metalurjide
kullanılır. Ama alüminyumdan 200 kat pahalıya mal
olması nedeniyle, kullanımı bilgisayar parçaları ve
jiroskop yapımı, uzay teknolojisi gibi birkaç özel alanla
sınırlıdır.
Alaşımları:
En önemli berilyum alaşımı berilyumlu bakırdır.
Berilyum oksitin bakırla eritilmesi ve indirgeyici etmen
olarak karbon kullanılmasıyla elde edilir. Beriyumlu
bakır aşınmaya dirençli yaylarda, elektrik
bağlantılarında ve kıvılcım sıçramasını önleyen aletlerde
kullanılır.
40 / 84
• Be Bileşikleri:
• Bileşikleri genellikle renksiz ve oldukça tatlıdır. Çözelti, kuru
toz ya da buhar halinde çözünür, bileşikleri ise zehirlidir.
• En önemli berilyum bileşiği berilyum oksittir (BeO). Ana
madde olarak seramik eşya ve özel tip camlar yapmada,
floresan tüplerinde, nükleer reaktörlerde kullanılır. Son
derece zehirlidir.
Be İzotopları:
• Berilyumun doğada bulunan tek kararlı izotopu
berilyum-9'dur. Yarı ömrü 2,700,000 yıl olan
berilyum-10 ve 10-15 saniyeden daha kısa sürede
kendiliğinden iki alfa parçacığına bölünen berilyum8 gibi yapay izotoplarıda üretilmiştir
41
Berilyum Klorür
42
Toprak alkali metallerin eldesi ve kullanılışı
• Grup 2 metallerini (Mg dışında) üretmede yeğlenen yöntem ,bunların
tuzlarının aktif diğer bir metal ile indirgenmesidir.Ör:Beril minerali
BeF2 ye dönüştürülür ve Mg ile indirgenir.
• Berilyum metali hafif olmasından ötürü alaşımlarda kullanılır.metal
yorulmasına karsı dayanıklı olduklarından yay, pens ve elektrik
kontaklarında kullanırlıklar. Berilyum bileşikleri oldukça zehirlidirler.
• Kalsiyum, stronsiyum ve baryum, oksitlerinin alüminyum ile
indirgenmesinden elde edilirler.Ca ve Sr ayrıca erimiş klorürlerin
elektrolizden sağlanırlar.Ca metali, U, Pu ve lantanitlerin pek çoğu gibi
diğer bazı metallerin, oksitlerinden ve ya flüorürlerinden elde
edilmesinde önemli bir indirgen olarak kullanır.stronsiyum ve
baryumun alaşımlarda kullanımı sınırlıdır.
• Magnezyum metali ise, sıvı klorürden Dow yöntemi ile elde edilir.Dow
yöntemi de Solvay yöntemi gibi basit kimyası ve çevrimi ile üstünlük
sağlar.
43
Magnezyum(Mg)
Kullanım Alanları
• Gümüş beyazlığında bir metaldir ve genellikle alaşım
maddesi olarak, yani başka metallerle karıştırılarak
kullanılır. Kimyasal simgesi Mg, atom numarası 12, atom
ağırlığı 24,312 olan bu element en hafif metallerden biridir
ve bu özelliğiyle önem kazanmıştır. Toz halindeki
magnezyum kolayca tutuşur ve parlak bir alevle yanar. Bu
özelliği nedeniyle, elektrikli fotoğraf makinesi flaşları
çıkmadan önce, magnezyum yakılarak flaşlı fotoğraflar
çekilmiştir.
• 1755 yılında İngiltere Joseph Black tarafından
keşfedilmiştir. 1808 yılında Humphrey Davey tarafından saf
olarak, magnesia ve HgO karışımından izole edilmiştir.
44
Mg
:
• Mg metali yer kabuğunda karbonat, sülfatlar ve silikatlar
halinde bulunur. Yerkabuğunun % 2,76’si
magnezyumdur. En önemli minerali Dolamit denilen
MgCa(CO3)2’dir. Diger mineralleri Magnezit (MgCO3),
Epsomit (MgSO4.7H2O), Karnolit (K2MgCl4.6H2O),
Langbemit (K2Mg2(SO4)3), sabuntaşı ,talk (Mg3Si4O
10H2O)ve mikadır (MgAl2O4).
• Mg elektroliz yöntemi ile elde edilir. Anhidrit MgCl2 ‘ün
750ºC’ de yakılmasıyla veya kısmı olarak hidrate MgCl2’
ün daha düşük sıcaklıklarda elektrolizi ile elde edilir.
45
Mg
•
A metallerle şiddetli bir şekilde reaksiyona girer. Nemli ortamlarda
halojenlerle MgX2 bileşiklerini oluşturur. H ile 570ºC ve 200 atm basınçta
MgH2 oluşturur. Yüksek sıcaklıklarla NH3 ile tepkimeye girerek metanol
oluşturur. Havda parlak bir alevle yanarak MgO, Mg3N2 meydana getirirler.
•
Mg, bükülebilme, eğilebilme ve kolay şekil alabilme özellikleri nedeniyle uçak
sanayide, valiz yapımında, fotoğrafçılıkta, optik malzemelerin yapımında,
Berilyum, zirkonyum, uranyum, titanyum eldesin de indirgen olarak
kullanılır. Arabaların motor blokları, uçakların yakıt tankları ve iniş
takımları Mg alaşımından yapılır. Bu alaşım % 90 magnezyum, % 2-9
alüminyum, % 1-3 çinko ve % 0,2-1 mangan içermektedir.
46
Dow yöntemi ile Mg elde edilmesi
47
Erimiş MgCl2 ün elektrolizi
48
2. Grup Metallerinin bileşikleri
IIA Grubu bileşiklerinin özellikleri IA grubunun özelliklerinden farklıdır.
Bazı durumlarda bu farklılık, IIA grubu katyonlarının iyon yükünün daha
büyük ve iyon boyutunun daha küçük oluşuna bağlanabilir.
• Alkali metallerin karbonat, florür ve oksitleri suda çok az çözünürler. IIA
grubu elementlerinin diğer karakteristik bir özelliği de hidrat bileşikleri
oluşturabilmeleridir (MX2 . 6 H2O) gibi.
• Halojenürler
Grup 2 metalleri doğrudan halojenlerle tepkimeye girerek halojenürleri
verirler. Beliryum dışındakiler oldukça iyoniktir.
Karbonatlar ve Sülfatlar
Grup 2 karbonatları, tıpkı Ca,Sr ve Ba un sülfatları gibi suda
çözünmezler.dünyada en cok bilinen mineral , bir kalsiyum minerali olan
kirac tasıdır(CaCO3).Kireç taşından saf CaCO3 ceşitli aşmalardan sonra
elde edilebilinir.
49
• Kalsiyum(Ca)
• Kalsiyum, toprak alkalileri grubundan metalik bir element.
Sembolü “Ca”dır. İsmi Latincede “kireç” mânâsına gelen
“calx” kelimesinden gelmektedir. İlk defa 1808’de Lumphru
Davy tarafından kalsiyum hidroksitten elektroliz yoluyla elde
edilmiştir
Özellikleri:
• Metalik kalsiyum gümüş gibi parlaktır. Özgül ağırlığı 1,55
g/cm3tür. 851°C’de erir. 1439°C’de kaynar.
•
Elektriği iyi iletir. Gevrek (kırılgan) olmasına rağmen
yumuşaktır. Sertliği sodyum ile alüminyum arasındadır.
Haddelenebilir ve dövülebilir. Çekme mukâvemeti 438
kg/cm2dir. Oksidasyon değeri 2+’dır. Atom numarası 20, atom
ağırlığı 40,08’dir. Yeryüzünde altı tabiî izotopu
bulunmaktadır: 40 Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca ve 48Ca. Dünya
üzerindeki kalsiyum elementinin % 97’si Ca40 izotopudur.
Sun’î olarak pekçok radyoaktif izotopları elde edilmektedir.
Bunlardan birisi Ca45 olup, kemikte kalsiyum kalıntısı
üzerinde yapılan araştırmalarda, su tasfiye işlemlerinde,
deterjan aktivitesi için ve yüzey ıslanması hâdiseleri
üzerindeki çalışmalarda kullanılmaktadır
GK-II
K.22
50 / 84
Ca-Bulunuşu:
• Kalsiyum yeryüzünde en bol bulunan beşinci elementtir. Volkanik kayaların %
3-63’ünü teşkil eder. Kimyevî reaktivitesi yüksek olduğundan serbest halde
bulunmaz. Yer kabuğunda genellikle karbonat, sülfat, silikat ve fosfat
bileşikleri şeklinde bulunur. En çok rastlanan mineralleri kireçtaşı, mermer,
kalsit (CaCO3), dolamit (MgCO3 CaCO3), fluorit, fluspat (CaF2) apatit
Ca3(PO4)2 Ca(FCl)2, gips (CaSO4.2H2O) ve fosfrittir Ca3(PO4)2. Ayrıca deniz
suyunda çözünmüş olarak ve kemiklerde kalsiyum fosfat, kabuklu hayvanların
kabuklarında ise kalsiyum karbonat hâlinde bulunmaktadır...
Kullanım Alanları:
• Çelik endüstrisinde O, S, F uzaklaştırmak için kullanılır.
•
• CaCO3; tebeşir, mermer, kalsit yapımında, ilaç endüstrisinde diş macunu
üretiminde, kozmetik sanayide, çiklet yapımında kullanılmaktadır.
• Ca(OH)2+Cl2 dan yapılan Ca-hipoklorit beyazlatıcı, dezenfektan mikrop
öldürücü olarak kullanılır.
• Ca(OH)2 kağıt endüstrisinde kullanılır
51
CaCO3 (kireç) Bozulması
Kireç ocaklarında:
Δ
CaCO3 → CaO + CO2
Yanık kireç
yada
sönmemiş kireç
Kireç söndürme işleminde:
CaO + H2O → Ca(OH)2
Sönmüş kireç
52
Sarkıt ve dikitlerin oluşumu
CO2 + H2O → H3O+ + HCO3Ka = 4,41.10-7
HCO3- + H2O → H3O+ + CO32Ka = 4,71.10-11
CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g) → Ca(HCO3)2(aq)
53
2. Grup Metallerinin bileşikleri
• Alçıtaşı, CaSO4·2H2O:
– Alçıtaşı ısıtılarak CaSO4·½H2O .
– Harçsız taş duvarlarda kullanılır.
• BaSO4 , X-ray görüntülemede kullanılır .
• Sönmüş kiraç havan topunda kullanılır:
– CaO çimentodaki suyu tutarak Ca(OH)2 oluşturur.
Ca(OH)2 da sonradan CO2 ile reaksiyona girerek
CaCO3oluşturur.
54
Stronsyum
•
Sembol: Sr Z=Atom no:38 Aw:Kütle No: 87,62 g/mol
• OŞ (Oda Şartında=25°C 298 K): Gümüşümsü beyaz metalik katı
• Toprak Alkali metal
• Adair Crawford ilk olarak 1790 yılında strontianit
(SrCO3) mineralini tanımlamıştır. 1808 yılında ise
Humphry Davy tarafından elektroliz yöntemi ile izole
edilmiştir.
• Stronsiyum metali eritilmiş SrCl2 tuzunun elektrolizi ile
saf olarak elde edilir.
• Katot: Sr+2(s) + 2e- = Sr (s)
• Anot: Cl-(s) = 1/2Cl2(g) + é
• Diğer bir izolasyon yöntemi ise stronsiyum oksit (SrO)
bileşiğinin alüminyum ile indirgenmesidir.
• 6SrO + 2Al = 3Sr + Sr3Al2O6
55
2. Grup Metallerinin bileşikleri
• Oksitler ve Hidroksitler.
Beliryum dışındakiler, grup 2 metallerinin
oksitlerinin ve hidroksitlerinin tümü bazdır. Kalsiyum
hidroksit suda fazla çözünmemekle birlikte en ucuz
ticari baz olup, Solvay ve Dow yöntemlerinde olduğu
gibi çeşitli alanlarda kullanılır.CaO sönmemiş kirec
olarak adlandırır ve kireç taşının kalsine edilmesiyle
elde edilir.
Sönmüş kirec olarak adlandırılan Ca(OH)2, CaO e
suyun etkilemesiyle olusur.
56
Doğal Sudaki İyonlar : Sert Su
•
•
•
•
•
•
•
Su çökelti verebilecek önemli miktarda iyonlar içeriyorsa, suyun sert olduğundan
söz ederiz çeşit sert su vardır: geçici sert su e kalıcı sert su.
GEÇİCİ SERT SU bikarbonat iyonu (HCO3-(aq)) içeren sudur. Isıtılırsa,
bikarbonat iyonu CO32-, CO2’a dsönüşür ve ortamdaki Mg+2, Mn+2, Fe+3, Ca+2 gibi
katyonlarla CaCO3, MgCO3... gibi çökeleği yani ve kazan taşını denilen tortuyu
oluştururlar. Geçici sert su , arıtma tesislerinde suya sönmüş kireç katıp metal
karbonat çökeltisini süzmekle yumuşatılabilir.
KALICI SERT SU Mg+2, Mn+2, Fe+3, Ca+2 , CO32-, SO42- gibi iyonları içerir. Kalıcı
sert suyu yumuşatmak için, içerisine Na2CO3 aşırısı katılır oluşan çökelek
süzüldüğünde geriye sadece Na+ iyonu içeren yumuşamış su kalır.
İYON DEĞİŞTİRME Suyu yumuşatmanın en iyi yollardan biri de iyon
değiştirmedir. Sert sudaki istenmeyen Mg+2, Mn+2, Fe+3, Ca+2 , CO32-, SO42- gibi
iyonları iyon değiştirici zeolit yapısında reçine türü maddelerle Na+ ,H+, Cl-, OHgibi zararsız iyonlarla değiştirilerek sular saf su kalitesinde yumuşatılabilir.
SERTLİK DERECELERİ 1Fr Sertliği =10 mg/L CaCO3 veya 8,42 mg/L
MgCO3’a denktir. 1 Alman Sertliği = 10 mg/L CaO = 7,14 mg/L MgO denktir.
ÖRNEK : 50 mL suyun sertliği için 0,01 M EDTA‘dan 8,8 mL sarfedildiğinde bu
suyun Fr S.D. =ENFS(1000/10xV) =100x0,01x 8,8 (100/50) = 17,6
(EDTA ile tayinde 1mmol=100 mg CaCO3için 1 mmol EDTA kullanılır.)
57
Geçici Sert Su
• HCO3- iyonu içerir.
– Isıtıldığında CO32-, CO2 ve H2O
verir.
– CO32- çökelti oluşturmak için
çok değerlikli iyonlarla
reaksiyona girer.
(örnek olarak CaCO3, MgCO3)
• Çok değerlikli iyonlar
çökertilerek kireç giderilir ve
su yumuşatılmış olur.
GK-II
K.22
58
Kalıcı Sert Su
• Karbonat’dan farklı olarak önemli
konsantrasyonların anyonlarını içerir.
– Örnek olarak SO42-, HSO4-.
– Genellikle Ca2+ ve Mg2+ çöktürülmesi ile su yumuşatılır.
Bir Na sabununun saf sudaki
hali soldaki beherde, sert sudaki
hali sağdaki beherde görülüyor.
59
Su Yumuşatma
• İyon değişimi.
– İstenmeyen katyonlar; Mg2+
Ca2+ ve Fe3+ , Na+ gibi
istenmeyen katyon olmamak için
iyon değiştirirler.
– Reçine yada zeolitler.
• İyonlar arasındaki yer değiştirme
işlemi Na+yerine H+ ile gerçekleşir.
• Arkasından anyonlar OH- ile yer
değiştirir.
H+(aq) + OH-(aq) → H2O(l)
GK-II
K.22
60 / 84
SU SERTLİĞİ TAYİNİ proplemler
Örnek A) 1L’de 550 mg CaO, 325 mg MgO içeren suyun toplam sertliği nedir?
(Ayarlı Sabun Çözeltisi ile tayinde 1 mmol CaCO3 için 2 mmol Sabun kullanılır.)
ÇÖZÜM :A) 550 mg/L CaO ➪ 55 Alm.S.D. 325 mg/L MgO ➪ 5,6x325/40 = 45,5
Alm.S.D. Tp sertlik= 100,5 Alm.S.D
Örnek B) Yukardaki suyun 50 ml’si için 0,15 M Sabun çöz.den ne kadar harcanır?
B) 100,5 Alm.S.D = Ssabun*M/2*5,6*1000/V= Ssabun*0,15/2*5,6*1000/50 dan
Ssabun = 11,96 mL bulunur.
Örnek C : (2*1*2,5)m ebadındaki tankdaki suyun geçici sertliğ 20 FrS.D.dir.
Geçici sertlik giderildikten sonra kalıcı sertlik için 2860 g Soda (Na2CO3.10H2O=
= 286 g/n) kullanılmıştır. suyun Toplam ve Kalıcı SD nedir?
ÇÖZÜM: Tanktaki su 5 ton=5000L olup buna 10 mol ➪ 2 mmol /L soda 200 mg
CaCO3’a denk olup 20 Fr S.D. eder. Geçici S.D.= 20 Fr S.D. olduğuna göre
Toplam S.D.= 40 eder.
61
13.Grup Metalleri: Aluminyum, Galyum,
İndiyum ve Talyum
62
13. Grup Metalleri
• Alüminyum,Galyum,İndiyum,Talyum
• En önemlisi Alüminyum’dur.
Alüminyum(Al)
Gümüşümsü renkte, Atom numarası 13 olan metaldir. Doğada
genellikle boksit cevheri halinde bulunur ve oksidasyona karşı
üstün direnci ile tanınır. Bu direncin temelinde pasivasyon
özelliği yatar. Endüstrinin pek çok kolunda milyonlarca farklı
ürünün yapımında kullanılmakta olup dünya ekonomisi içinde
çok önemli bir yeri vardır. Alüminyumdan üretilmiş yapısal
bileşenler uzay ve havacılık sanayii için vazgeçilmezdir. Hafiflik
ve yüksek dayanım özellikleri gerektiren taşımacılık ve inşaat
sanayiinde geniş kullanım alanı bulur.
63
Grup13 Metallerinin Özellikleri ve Kullanışı
• Bu grubun en önemli metali aluminyum dur.en bol bulunan
ücüncü element olan aluminyum, yer kabugunun kütlece %8,3
ünü olusturmaktadır.Aluminyum , en cok hafif alaşımların
yapımında kullanılır. Aluminyum iyi bir indirgendir, çünü +3
degerlikli iyonuna kolayca yükseltgenir.Aluminyum , metal
oksitlerden oksijeni cıkararak aluminyum oksiti olusturur ve
diger metal kendi metalik durumuna gecer.bu tepkime
TERMİT TEPKİMESİ olarak bilinir.
•
Fe2O3(k) + 2Al(k) → Al2O3(k) + 2Fe(s)
• Galyum daha cok galyum arsenur elde edilmesinde kullanılır.bu
bileşik ışıgı dogrudan elektirige dönüstürebilir.
• İndiyum düşük eriyen alaşımlarını yapımında kullanılır.
• Talyum bileşikleri son derce son zehirlidir ve sanayida pek
kullanılmazlar.
64
Al’un Özellikleri:
Alüminyum, yumuşak ve hafif bir metal olup mat gümüşümsü renktedir. Bu renk, havaya
maruz kaldığında üzerinde oluşan ince oksit tabakasından ileri gelir. Alüminyum,
zehirleyici ve manyetik değildir. Kıvılcım çıkarmaz. Saf alüminyumun çekme dayanımı
yaklaşık 49 megapascal (MPa) iken alaşımlandırıldığında bu değer 700 MPa'a çıkar.
Yoğunluğu, çeliğin veya bakırın yaklaşık üçte biri kadardır. Kolaylıkla dövülebilir,
makinede işlenebilir ve dökülebilir. Çok üstün korozyon özelliklerine sahip olması, üzerinde
oluşan oksit tabakasının koruyucu olmasındandır. Al neredeyse sadece 3+ olmalıdır.
• Al Doğada Bulunuşu
Yerkabuğunda bol miktarda (%7,5 - 8,1) bulunmasına rağmen serbest halde çok nadir
bulunur ve bu nedenle bir zamanlar altından bile daha kıymetli görülmüştür.
Alüminyumun ticari olarak üretiminin tarihi 100 yıldan biraz fazladır.
Alüminyum ilk keşfedildiği yıllarda cevherinden ayrıştırılması çok zor olan bir metal idi.
Alüminyum rafine edilmesi en zor metallerden biridir. Bunun nedeni, çok hızlı
oksitlenmesi, oluşan bu oksit tabakasının çok kararlı oluşu ve demirdeki pasın aksine
yüzeyden sıyrılmayışıdır
65
Al Uygulama Alanları:
• Dünyadaki kullanımı, hem miktar hem de değer olarak demirden
sonra gelir.
• Saf alüminyumun çekme dayanımı düşük olmakla birlikte, bakır,
çinko, magnezyum, manganez, ve silisyum gibi pek çok elementle
alaşımlandırılarak mekanik özellikleri geliştirilebilir. Yüksek
dayanım/ağırlık oranlarından ötürü alüminyum alaşımları, uçak ve
uzay araçlarının vazgeçilmez bileşenleridir.
• Kullanım alanlarından bazıları:
• Ulaşım (otomobil, uçak, kamyon, tren vagonları, deniz araçları, vs.)
• Ambalaj (alüminyum kutular, folyolar, vs.)
• Su arıtma
• İnşaat (cam, kapı, duvar, bina, vs.)
• Dayanıklı tüketim aletleri (cihazlar, mutfak araç gereçleri, vs.)
• Elektrik iletim hatları (alüminyum, bakırla eşit elektrik iletkenliğine
sahip olup onun yarı ağırlığındadır ve fiyatı da daha ucuzdur )
66
• Al KULLANILIM YERLERİ Makine imalatı
• Kendisi manyetik olmamakla birlikte MKM çeliği ve Alnico
manyetlerinin yapımında
• Yüksek safiyette alüminyum (SPA, %99.98 - %99.999 Al)
elektronik ve CD lerde
• Toz haline getirilmiş alüminyum boyalara gümüşümsü renk
vermede kullanılır. Alüminyum pulcukları (özellikle ahşap
boyamada), astar boyalarına da katılabilir. Böylece kurumayla
birlikte alüminyum pulcuklar su geçirmez bir tabaka oluşturur.
• Anodize edilmiş alüminyumun oksidasyon direnci daha da yüksektir
ve inşaat sanayinin pek çok alanında kullanılır.
• Kolay şekillendirilebilir oluşu ve yüksek ısı iletkenliğinden ötürü,
yeni bilgisayarların CPU'larının ısı uzaklaştırıcılarında alüminyum
kullanılır. Bakır ısı uzaklaştırıcıları daha küçük olmalarına karşın
daha pahalı ve yapımları daha zordur.
• Alüminyum oksit (alumina), doğada corundum (rubi ve safir)
halinde bulunur ve cam yapımında kullanılır. Sentetik rubi ve safir,
lazerlerde koherent ışık yapımında kullanılır.
67
Kullanımı
• Aluminyum çok önemlidir.
– En bol bulunan 3. elementtir, dünya kabuğu üzerindeki
oranı 8.3%
– Normalden az ağırlıkta alaşımlara sahiptir.
– Kolayca Al3+ile oksitlenebilir.
2 Al(s) + 6 H+(aq) → 2 Al3+(aq) + 3 H2(g)
2 Al(s) + 3/2 O2(g) → Al2O3(s) ΔH = -1676 kJ
Thermite reaksiyon :
2 Al(s) + Fe2O3(s) → Al2O3(s) + Fe(s)
68
Boksit Alüminyum Taşının Saflaştırılması
ppt Fe(OH)3
with OH- and filter.
Make Al(OH)4acidic with CO2.
Precipitated
Al(OH)3.
69
Alüminyum üretimi
70 / 84
Alüminum Halojenürler
71
Aluminum ve Şap Kristalleri
72
In ve Tl Kullanımı ve değerlikleri
• Indiyum.
– Az eriyen alaşımlar.
– Düşük sıcaklıklı transistörler ve fotoiletkenler.
• Talyum
– Son derece zehirli. Endüstriyel kullanımı çok az .
– Tl2Ba2Ca2Cu3O8+x süper iletkenligini 125K’ ya kadar sergiler.
In ve Ga ikiside 3+ ve 1+ olmalıdır.
• Tl ; 1+ ve 3+ olabilir.
– Tl+ Grup 1’e benzer.
– [Xe]4f145d106s2 – hareketsiz çift etkisi.
73 / 84
22-5 Grup 14 Metalleri: Kalay ve Kurşun
•
•
•
•
•
Grup 14 elementlerinin özellikleri grup içinde belirgin şekilde değişir. Grubun altındaki
kalay ve kurşun başlıca metalik özelliklerine sahiptirler. Yarı iletken davranış gösteren
germanyuma bazen yarı metal denir. Silisyum da yarı iletkendir ve kimyasal bakımdan
ametal özellikleri gösterir. Grubun ilk üyeleri olan karbon ametaldir. Kurşun ve Kalay
birbirlerine oldukça benzer, her ikisi de yumuşak, dövülebilir ve düşük sıcaklıklarda erirler.
Kalay ve Kurşun arasındaki farklardan biri, kalayın yaygın iki kristal şekilde (alfa ve beta)
bulunmasıdır. Oysa Kurşun tek bir katı şekilde bulunur.
Kurşun başlıca galen, PbS, şekilde bulunur. PbS önce havada ısıtılarak kurşun okside
dönüştürülür.daha sonra oksit kok kömürü ile indirgenir ve Pb metali elde edilir. Üretilen
kurşunun yarısından fazlası kurşun-asit(akümülatör) bataryasında kullanılır, diğer
kullanıldığı yerler, lehim yapımı ve başka alaşımlar, cephane ve radyasyon kalkanıdır.
Kalay ve Kurşun belirgin şekilde metaldirler.
– +2 ve +4 değerlikli olabilirler.
– Sn’ın  ve  allotrop şekilleri vardır. az düzenli olup < 13o C altında
dönüşüm olur (Sn vebası)
Germanyum metalsidir.
Silisyum, ametal olmasına ragmen yarı iletkendir.
Karbon ametaldir.
74
Table 22.6 Some Properties of Tin and
Lead (of Group 14)
75
• Kalay, Simgesi Sn atom numarası 50 Latince ismi stannum olup periyodik cetvelin IV-A
grubunun 5.Periyodunda yer alır. Gümüşümsü gri renktedir. Havada kolaylıkla okside
olmaz, korozyona karşı dirençlidir. Bu özelliğinden ötürü diğer metallerin (korozyondan
korumak amacıyla) kaplanmasında kullanılır. Tarihçesi M.Ö. 3000 yıllarına dayanır.
Mısır’da ve Mezopotamya’da bronz alaşımında kalay kullanılmıştır
•
Kalay dövülebilir ve sünek bir metaldir. Kolayca tel ve levha haline getirilebilir. Kuvvetli
asitlerden, alkalilerden ve asit tuzlarından etkilenir. Havada ısıtıldığında SnO2 oluşturur.
Klor ve oksijenle birleşerek seyreltik asitlerden hidrojeni uzaklaştırır. Oda sıcaklığında
dövülebilir olmasına karşın ısıtıldığında kırılganlaşır.
•
Metalik kalaya 100°C’den yüksek sıcaklıklarda halojenler ve hidrojen sülfür etki eder. Sulu
hidroklorik ve hidroflorik asit yavaş, hidrobromik ve nitrik asit ise hızlı olarak kalayla
reaksiyona girer. Birçok alkali çözeltiler kalaya etki eder. Yiyeceklerdeki organik asitler
kalaya etki etmez.
76
Sn Kullanım Alanları:
•
Üretilen kalayın yaklaşık %40’ı çelik levhaların kaplanmasında kullanılır. Böylece
yiyecek ve konserve kapları olan teneke, daldırma veya elektroliz yoluyla elde
edilir. Teneke ve sert kalaydan yapılmış süs veya kullanım eşyaları siyah vernikle
kaplanarak sıkça kullanılır.
• Kalay-4-klorür bileşiği özel kaplama, ağartma, duyarlı kâğıt imali
işlerinde kullanılır. Makina yağlarının özelliklerinin ıslahında,
reaksiyonlarda katalizör olarak, ayna yapımında, sabunlardaki parfümü
tesbit etmek için de kullanılır. Kalay-4-oksit seramik sırlarında, tekstilde
ve cam üretiminde işe yarar. Kalay-2-klorür kimyasal madde, boya,
fosfor, polimer üretiminde indirgeyici olarak ve galvanize edici, ayna
sırlayıcı ve yağlama yağlarını temizleyici olarak kullanılır. Kalay sülfat
boyamada ve kalay kaplamada kullanılır
77
• Kurşun, (Lat. plumbum) simgesi Pb ve atom
numarası 82 olup
IV-A grubu ve 6.Periyotta
bulunur. Yumuşak, ağır, zehirleyici, kolay dövülebilen
bir metaldir. Yeni kesildiğinde mavimsi beyazdır, ancak
zamanla havada oksitlenmesi sonucu mat gri bir renk
alır. İnşaat sektöründe ve ayrıca çeşitli pil, mermi, lehim,
ve diğer alaşımların yapımında kullanılır. Kararlı
elementler içinde en yüksek atom numarasına sahip
olandır. Elektrik iletkenliği düşüktür. Korozyona
dayanıklı olmasından dolayı aşındırıcı sıvıların (örneğin,
sülfürik asit vb.) depolanmasında kullanılır. Az miktarda
antimon veya diğer metallerle alaşımlandırılarak sertlik
değeri yükseltilebilir.
78
Pb
• Kurşun cevherleri yer altından kazma, patlatma, kırma ve öğütme
aşamalarından geçirilerek çıkarılır ve daha sonra ekstraktif metalurji
yöntemleriyle işlenirler. Köpük flotasyonu prosesi, kurşunun,
beraberinde bulunan kaya ve toprak parçalarından ayrılarak, %65-80
Pb içeren bir konsantrede toplanmasını sağlar. Kurşun konsantresi
kurutulduktan sorna pirometalurjik işlemlerle önce sinterlenir ve
sonra da %97 Pb içerecek şekilde ergitilir. Ürün aşamalı bir şekilde
soğutularak, kurşundan daha hafif empüritelerin (safsızlıklar) dross
tabakası oluşturacak şekilde yüzeyde toplanması ve
uzaklaştırılmaları sağlanır. Ergimiş kurşun bulyonunda kalan
empüritelerin de bir sonraki aşamada, üzerinden hava geçirilen bir
ergitme işlemiyle curuf fazında toplanarak ayrışmaları ve kurşunun
safiyetinin de %99.9 a çıkması sağlanır.
79
Pb
Kullanım Alanları:
•
Sanayiinin vazgeçemediği metallerden birisi olan kurşun piyasada; ham kurşun, rafine
kurşun ve antimonlu kurşun olmak üzere üç değişik bazda işlem görür. Kurşun ve
ürünlerinin başlıca kullanım alanları şöyle sıralanabilir:
•
Otomotiv ve makina imalat sanayii: akümülatör ve otomobil, çeşitli makina ve cihaz
üretimi,
•
İnşaat: kaplama, kurşun boru, tesisat malzemesi, kurşun yünü yapımında,
•
Savunma sanayii: mermi çekirdeği ve muhtelif silah ve araç gereç imalatı için alaşım
olarak,
•
Ambalaj sanayii: paket mühürü kurşunu, muhtelif ambalaj malzemesi imalatında,
•
Matbaacılık: matbaa harfleri imalatı ve kalıp yapımında,
•
Kimya sanayii: kurşun oksit, kurşun kromat, bazik kromat, üstübeç, toz kurşun gresi,
kurşun borosilikat üretiminde,
•
Diğer: aside dayanıklı depo içi kaplamaları, titreşim önleyici bloklar, X-ışınlarından
korunma amaçlı araç gereçler, lehim olarak, anot olarak, av saçması yapımında.
80 / 84
Grup 13
Sn- Pb
OKSİTLERİ ve HALOJENÜRLERİ
• OKSİTLER
• Kalay başlıca iki oksit, SnO ve SnO2 oluştururlar. SnO havada ısıtılarak
SnO2 ye dönüştürülebilir. SnO2 çok serttir (Mücevher törpüsü).
• Kurşun birkaç oksit oluşturur ve bu oksitlerin kimyası tam belli değildir.
• PbO, litharge, sarı (seramik,çimento,piller).
• PbO2, kırmızı-kahverengi(kibritler, aküler).
• Pb3O4, (2PbO+PbO2) MİNYUM kırmızı-kurşun olarak bilinir, karışık oksittir,
(kırmızı renkli SÜLYEN BOYA Pb3O4’dan yapılır metal-koruyucu boyadır.).
• HALOJENÜRLER
• Kalayın klorürleri (SnCl2 , SnCl4 ) sanayide önemli kullanıma sahiptirler.
SnCl2 iyi bir indirgendir ve sulu çözeltide Fe(III)ü Fe(II) ye indirgeyerek
demir cevherinin kantitatifi analizinde kullanılır.
• SnCl4,Sn ile Cl2 un doğrudan tepkimesi ile oluşur.
• SnF2 Diş macunları için Anti-çürük katkı maddesidir
81
Kurşun Zehirlenmesi
• Kurşunun tesisatçılık sistemlerinde, kap-kacak yapımında
ve boyamasında ve gaz katkılarında çok yaygın bir
kullanımı vardır.
• Pb, insan metabolizmasının işleyişini
bozar.
• Hafif zehirlenme:
– Sinirlilik ve depresyon.
• Ağır zehirlenme:
– Sinir, beyin ve böbrek hasarları.
82
Özel Konu: Galyum Arsenür
.
GK-II
K.22
83
TAVSİYE EDİLEN PROPLEMLER
Öncelikle konu içinde verilmiş olan 1 adedi çözülmüş 2 adedi
çözülecek örnek sorular üzerinde titizlikle durulması tavsiye
edilir. Sınav soruları genellikle onlardan seçilecektir.
• Konunun daha iyi anlaşılması açısından konunun sonunda yer
alan aşağıdaki sorulara da bakılırsa iyi olur.
-9-12-14-17-19-31-35-39-41-45-49-51-57-61-65-69-71-73-75- 83-105-106
 ⇄ ⇌ ⇥ ↔↑↓ ⇅ ÷ ≠ ∞ ≈≤≥≡ ∑ ║│ √ ∛ ∜ ∫ ∫ ± ∆ λ Ӯ ϑ π ½ ¼ ¾ α
βγ∂δσεζηθμφψωƌðУ
GK-II
K.22
84 / 84