BÖLÜM 1: MADENİN ÖZELLİKLERİ VE ÖLÇÜMÜKimyanın Konusu ve Amacıİnsanın çevresindeki olayları sistemli bir şekilde incelemesine bilim denir. Kimya bu konuda insana yardımcı olan bilim dallarından biri olup çevremizdeki her şeyi içeren maddeyi (maddenin yapısını, özelliklerini, ve birbirine dönüşümünü) inceler. Maddenin yapısını oluşturan atom ve moleküller ile maddenin yapısındaki değişme, maddenin diğer maddelere karşı ilgisi ve verdiği tepkimeler kimyanın çalışma alanına girer.

Yaptığımız işlerin çoğunda bir madde kimyasal tepkime yoluyla diğer bir maddeye dönüşür. Yemek pişirirken kimyasal tepkimeler gerçekleştiği gibi vücudumuzda da bu yiyeceklerden besin değeri olanları alabilmek için karmaşık kimyasal tepkimeler meydana gelir. Otomobili çalıştıran enerji çok sayıda kimyasal maddenin bir karışımı olan benzinin yanmasıyla sağlanır. Buna karşın özellikle kömürün yakıt olarak kullanılması ile ortaya çıkan çevre sorunlarının kontrol ve giderilmesi aşamasında yararlanılan yöntemler de yine kimyasal nitelik taşır. Bu nedenle kimya herkesi ilgilendiren bir bilim dalıdır. İnsanın uğraştığı birçok alanla ilgisinden dolayı kimya merkez bilim konumundadır. Örneğin besin kimyası gıda maddelerinin kimyasal yapılarını inceler. İlaçların yapısını konu alan farmasotik kimya yanında kemoterapi de hastalıkların kimyasal madde kullanılarak tedavi edilmesi ile ilgilenir

Güneş pilleri, transistörler ve fiber optik kablolar gibi elektronik aletleri iyileştirmek için yeni maddeler geliştiren kimyacılar, kimyanın fizik ve mühendislikle ortak konuları üzerinde çalışırlar.

Kanser ya da AİDS e karşı kallanılacak yeni ilaçlar geliştiren kimyacılar kimyanın farmakoloji ve tıp ile ortak alanlarında çalışırlar.

Biyokimyacılar canlı organizmalarda oluşan kimyasal işlemlerle ilgilenirler. Fizikokimyacılar ise kimyanın tümüne yönelen temel soruları yanıtlayabilmek amacıyla, fizik ve kimyanın temel ilkeleriyle çalışırlar

Bu sorulardan bazıları şöyle sıralanabilir. Bazı maddeler birbirleriyle tepkimeye girerken neden bazıları tepkime vermez? Belirli bir kimyasal tepkime hangi hızla oluşur? Bir kimyasal tepkimeden ne kadar faydalı enerji üretilir?

Analitik kimyacılar kimyasal maddeleri ayırmanın ve tanımlamanın yollarını incelerler. Çevre bilimciler analitik kimyacıların geliştirdikleri yöntemlerin bir çoğunu kullanırlar. Organik kimyacılar dikkatlerini, diğer birkaç elementle birlikte, karbon ve hidrojen içeren maddeler üzerinde yoğunlaştırmışlardır. Maddelerin büyük çoğunluğu organik kimyasal maddelerdir. Organik ve inorganik kimyanın konuları bazı yönlerden çakışsalar da, inorganik kimyacılar karbon dışında kalan pek çok elementle ilgilenirler. Teorik kimya deney yapmadan kimyasal bileşiklerin özelliklerini ve tepkimelerin yürüyüşünü inceler. Kimya mühendisliği ise laboratuar ortamında yürütülen işlemlerin endüstriyel üretime dönüştürülmesi için gerekli tasarımlar ve işlemleri konu alır. Kimya "gelişimini tamamlamış" bir bilim olarak düşünülse de kimyanın iç yapısı yanıtlanmamış sorular ve açıklanmamış olaylarla doludur

Modern teknoloji, olağanüstü özellikler taşıyan yeni maddeleri gerektirdiği için, kimyacılar da bu maddelerin üretimi için yeni yöntemler geliştirmelidirler. Modern tıp insan vücudunda özel işlevleri yerine getirebilecek ilaçlara gereksinim duymaktadır. Kimyacılar bu ilaçları basit başlangıç maddelerinden sentezleme yöntemlerini belirlemelidirler. Toplum, kirlilik kontrolünde geliştirilmiş yöntemlere, ender bulunan maddelerin yerini alabilecek şeylere, zehirli atıkların tehlikesiz bir şekilde yok edilmesine ve yakıtlardan enerji elde edilmesinde daha etkin yollara gereksinim duymaktadır.

Bilimde ilerleme ancak doğru sorulara, doğru cevap vermek için doğru deneylerin tasarlanması ve buluşların mantıklı açıklamalarla yorumlanması sonucu sağlanabilir.

***Kimya madde ve uğradığı değişikliklerle ilgili bir bilimdir. Kimya, biyoloji, fizik, jeoloji, ekoloji ve diğer bir çok konu ile iç içe olduğundan genellikle bir merkezi bilim olarak adlandırılır. Gerçekten de kimya yaşamımızın merkezidir. Çok eski bir bilim olmasına karşın, modern kimyanın kuruluşu, maddeyi daha küçük parçalara ayırarak ve bunun sonucunda birçok fiziksel özelliklerini ve karakteristiklerini açıklamak için teknolojik ilerlemeler kaydeden bilim adamlarının olduğu on dokuzuncu yüzyıla yayılmıştır. Yirminci yüzyılda teknolojideki bu hızlı gelişme, çıplak gözle görülemeyen şeyleri incelemeye yardımcı olmuştur. Örneğin, bilgisayar ve elektron mikroskopları kullanarak kimyacı kimyaya dayalı temel birimler olan atom ve moleküllerin yapısını analiz edebilir ve kendine özgü özellikleri olan ilaçlar ve çevre dostu tüketim ürünleri gibi yeni maddeler yapabilirler. Yirminci yüzyılı bırakmaya hazırlanırken gelecek yüzyılda da kimya, bilim ve teknolojinin bütün alanlarında önemli rol oynamaya devam edecektir. ***

Bilimsel Yöntem

Bilimsel problemlerin çözülerek geçerli sonuçlara ulaşabilmesi için çalışmalar belirli plan ve programa göre yapılmalıdır. Kısaca bilimsel yöntem denilen planın temeli düşünmeye gözlem yapmaya ve çeşitli kaynaklardan yararlanabilmek için araştırmayı öğrenmeye dayanır. Eğitim öğretim ve diğer kültürel etkinliklerin amacı da bireyleri sorunlarını çözme çabalarında düşünme ve araştırmaya dayalı bilimsel yöntemi kavramaktır.

Bilimsel yöntemin basamakları.

-sorunun belirlenmesi( Ne nasıl ne kadar soruları) -çözüm yollarının araştırılması ‘hipotezin(varsayımın)

ortaya konması’

-deneylerin kurulması ve kontrolü: Deney kontrollü gözlemdir.

-gözlemlerin elde edilmesi ve ölçümlerin alınması: Ne nasıl sorusu- nitel(kalitatif), ne kadar sorusu- nicel(kantitatif) gözlem.

-bulguların değerlendirilmesi ve sonuç çıkarma

- teori(kuram) ve kanun(yasa)

Bilimsel çalışmalarda veriler ölçümlerle toplanır ve hesaplamalarla değerlendirilir. Ölçümler: ölçü aracının duyarlılığına, kişinin becerisine ve ölçmede kullanılan yönteme bağlı olarak az ya da çok belirsizliğe (hataya) sahiptir. Örneğin bir maddenin kütlesi üç kişi tarafından 8,1 8,01ve 8,001 olarak ölçülmüş olsun; Virgülden sonraki kısım her üçünde de farklı olduğundan belirsizlik içerir. En duyarlı ve daha doğru olan ölçüm 8,001, hata oranı en fazla olanı ise 8,1 dir. Genellikle bir ölçme sonucunun ölçmede kullanılan aracın en hassas iki bölmesinin onda biri kadar belirsizlik taşıdığı bilinmektedir. Ölçüm cm ile yapılmışsa ±0,1 cm, mm bölmeli ise ±0,01 cm veya 0,1 mm kadar belirsizlik olur. Bir ölçümde kesin rakamlarla ilk belirsiz rakama anlamlı rakamlar denir ve yapılan ölçümlerin güvenirliliği ile birlikte doğruluğunu gösterirler. Sayının yanında. Birimi de belirtilmelidir. Genellikle bir ölçümde ne kadar çok anlamlı rakam varsa ölçüm sonucu o kadar duyarlıdır. Duyarlılık ölçme işleminde elde edilen iki değerin birbirine ne kadar yakın olduğunu gösterir.

Sayını sağındaki sıfırların kesin olarak anlamlı olduğu belirtilmek isteniyorsa 10’un kuvvetleri kullanılır.

25 km= 25000 m, 2,50.104 (3 anlamlı), 2,500.104 (4 anlamlı) Ölçme işlemleri direkt ve indirekt (dolaylı) ölçme olara ikiye

ayrılır. İndirekt ölçümler, direkt olarak ölçülen bir veya daha çok büyüklük yardımıyla yapılan hesaplamalara dayanır.

Önemli birim sistemleri: M.K.S.(metre-kilogramkuvvet-saniye),C.G.S. .(santimetre-gram-saniye), M.T.S. (metre-ton-saniye ), M.K.S.A. (metre-kilogram-saniye-amper ) dır.

SI sisteminin en pratik özelliklerinden biri ondalık bir sistem oluşudur

Uluslar arası birimler sisteminde uzunluk birimi metredir. 103 metre (m) = 1 000 metre (m) = 1 kilometre (km) SI sisteminde hacim birimi metreküp (m3) tür ve V ile

gösterilir. Daha çok litre (L) kullanılır. Kütlenin temel birimi (kg)’dır, fakat gram (g) kullanımı daha yaygındır.

1 m3 =1000 dm3, 1dm3 = 1L, 1 cm3 =1 mL 1kg=1000 g, 1g=1000 mg

Fiziksel Nicelik Birim Sembol

Uzunluk Metre m

Kütle Kilogram kg

Zaman Saniye s

Elektrik akımı Amper A

Sıcaklık Kelvin K

Işık şiddeti candela cd

Madde miktarı Mol mol

Fiziksel Nicelik Birim Sembol

Kuvvet Newton N(kg m s −2 )

Basınç Pascal Pa(N/m2 = kg m −1 s−2 )

Enerji Joule J(N m = kg m2 s−2 )

Elektrik yükü Coulomb C(A. s)

Elektriksel Potansiyel Fark Volt V(W/A=J/C)

Elektriksel Direnç Ohm Ω(V/A)

Frekans Hertz Hz s−1 ( saniyede salınım)

Radyoaktivite Bekerel Bq s−1 (saniyede bozunma)

Uzayda yer kaplayan ve kütlesi olan her şey madde alarak tanımlanır. Kütle madde miktarının bir ölçüsü olup evrenin her yerinde sabittir, ancak ağırlık yerçekimi ivmesine bağlı olarak değişir. Bir cimcin kütlesine etki eden yerçekimi kuvvetine o cismin ağırlığı denir. Yer çekimi ivmesi(g)= 9,81 m s−2 , G= mg, ve Ağırlık birimi kg m s−2 =Newton(N) dur. Buna göre 1kg = 9,81 N dur.

Maddenin özellikleri extensif (kapasite) ve intensif (şiddet) özellikler olarak ikiye ayrılır. Her ikisi de fiziksel özelliklerdir. Kapasite özellikleri kütle ve hacim gibi maddenin büyüklüğüne bağlı özelliklerdir. Şiddet özellikleri madde büyüklüğünden bağımsız olup yoğunluk erime noktası ve kaynama noktası gibi özelliklerdir.

 

Katı Sıvı Gaz Plazma

Maddenin en düzenli halidir. Belirli bir hacim ve şekilleri vardır. Titreşim hareketi yaparlar. Pratik olarak şıkıştırılamazlar.

Taneciklerin hareketi gazlara göre daha yavaştır. Belirli hacme sahip olup bulunduğu kabın şeklini alırlar.

Maddenin en düzensiz halidir. Bulundukları kabı tamamen doldururlar. Birbirinden bağımsız gelişigüzel hareket ederler. Diğer gazlarla homojen karışım oluştururlar.

Yüksek basınç ve düşük sıcaklıklarda sıkıştırılarak sıvılaştırılırlar.

Maddenin çok yüksek sıcaklıklarda iyonlaşmış halidir.

Hidrojen 1atm. basınç altında -252,7 oC de oksijen -182,9 oC de sıvı hale geçer.

Element Bileşik Karışım

Element: Aynı cins atomlardan oluşan saf maddelerdir.

Simgelerle gösterilir.

Saf ve homojendirler.

Hiçbir yolla daha basit parçalara ayrılamazlar.

Yoğunlukları e. n. ve k. n. ları sabittir.

Katı sıvı gaz olabilir.

Doğada atomik ya da moleküler halde bulunabilirler.

(Fe, O2, P4 ve S8)

Birden fazla elementin kimyasal yolla belirli kütle oranlarında birleşmesiyle

oluşan arı maddelerdir (Sentez).

Formüllerle ifade edilir.

Saf ve homojendirler.

Kimyasal yolla kendini oluşturan elementlere ayrılabilirler (Analiz).

Oluşan yeni bileşiğin kimyasal özelliği elementlerinden farklıdır.

Yoğunlukları e. n. ve k. n. ları sabittir.

Katı sıvı gaz olabilir.

Moleküler ya da kristal halde

bulunabilirler. (NH3, NaCl,

SiO2 , CH4 v.b.)

Oluşumlarında kütle korunur.

Birden fazla bileşenin fiziksel yolla bir araya gelmesiyle oluşan sistemlerdir.

Homojen ve heterojen olabilirler. Heterojen karışımlar birden fazla faz içerirler.

Yoğunlukları bileşenlerin karışma oranlarına göre değişir ve e. n. ve k. n. ları sabit değildir..

Katı sıvı gaz olabilir.

İstenilen oranda karışım oluşturulabilir ve bileşenler kimyasal özelliklerini kaybetmezler.

Karışanlar atomik ya da moleküler olabilir.(Lehim, hava, alkollü su)

Oluşumlarında kütle korunur.

Süspansiyon: Katı-sıvı → Heterojen, kireçli su Emülsiyon: Sıvı-sıvı → Heterojen, eter-su,

zeytinyağı su karışımı. Aeresol: Katı ya da sıvı parçacıklarının bir gaz

ortamında dağılmasıyla oluşur. Sis kümesi.

Enerji iş yapabilme ye kapasitesi olarak ifade edilir. Enerji türleri mekanik enerji, ısı , iç enerji elektrik enerjisi ve kimyasal enerji ışıma enerjisi atom enerjisi çekirdek enerjisi v.b. şeklinde sıralanabilir. Yalıtılmış bir sistemde enerji toplamı sabittir. Enerji yoktan var edilemez, var olan da yok edilemez. Ancak birinden diğerine dönüşebilir. Buna enerjinin korunumu yasası denir. Einstein madde ve enerji arasındaki bağıntıyı E= mc2 formülü ile ifade etmiştir. Formüldeki m kütleyi, c ise ışık hızını (=3.108 m/s) ifade eder. Kimyasal tepkimeler sırasında enerji değişmeleri toplam madde miktarında değişmeye yol açar. Ancak bu deneysel olarak ölçülemeyecek kadar küçük olup nükleer değişmeler için oldukça önemlidir. 18 gram su oluşmasına karşılık gelen değişme 10-9 gramdır.

Lavoisier yasası (A. Lavoisier 1789): Bir kimyasal tepkimede tepkimeye giren maddelerle ürünlerin kütleleri toplamı daima eşittir.

Proust yasası (=sabit (değişmez) oranlar yasası (J. Proust 1799): Bir bileşiği oluşturan elementlerin kütleleri arasında değişmez bir oran vardır veya bir bileşikteki elementlerin kütlece % leri daima sabittir. H2O da mH/mO oranı 1/8 dir. 1 gram H2 ile 8 gram O2 den 9 gram H2O oluşur. Farklı miktarlar alınırsa daima bunların katları şeklinde H2O oluşur.

Örnek 1) % 35 i HgS olan bir filizin 1 tonunda kaç gram cıva bulunur? (Hg:200, S:32)

Çözüm: Sonuç 301,7 kg Örnek 2) 2 gram X ile en fazla18 gram

X2Y bileşiği oluşabildiğine göre 1 gram X ile en fazla kaç gram X2Y2 bileşiği oluşur? (C: 17 gram)

Örnek 3) X2Y3 bileşiğinde X/Y kütlece birleşme oranı 3/7 dir. 100 gram X ve Y nin tepkimesinden 10 gram Y arttığına göre başlangıçtaki X/Y oranı kaçtır? (C:27/73)

Örnek 4) X ve Y den oluşan XnY6 bileşiğinin 10 gramında 8 gram X, X3Y8 bileşiğinin ise 11 gramında 2 gram Y vardır. n= ? (C: n= 2)

Örnek 5) X2Y3 bileşiğinde kütlece % 30 Y vardır. X/Yoranı 21/8 olan bileşiğin formülü nedir? (C: X3Y4 )

Örnek 6) X ve Y elementlerinden oluşan bir bileşikten 3 örnek alınıp analiz edildiğinde 1. de 4,31 g X 7,69 g Y, 2. de % bileşim sonuçları %35,9 X 64,1 Y ve 3. de 0,718 g X in Y ile birleşerek 2,00 g bileşik oluşturduğu bulunmuştur. Sonuçların sabit oranlar yasasına uyduğunu gösteriniz.

Çözüm: 4,31/7,69 = 35,9/64,1 = 0,718/1,282 = 0,560 olduğundan Sabit oranlar yasasına uyar.

Örnek 7) Fosforun iki oksitinden birinin 1,50 gramında 0,845 g P ve diğerinin 2,50 gramında 1,09 g P bulunmuştur. Sonuçların katlı oranlar yasasına uygunluğunu gösteriniz.

Çözüm: 1,50 g →0,845 g P, 0,655 g O ve 2,50 g →1,09 g P,1,41 g O bulunuyor.

1,09 g P ile 1,41 g O → 0,506 g P ve Oran=0,845/0,506 = 1,67=5/3

X g P ile 0,655 g O veya 1,09 g P ile 1,41 g O →1,09 g O ve

Oran=0,655/1,09 = 0,6=3/5 bulunur. 0,845g P ile X g O