Upload
others
View
9
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
GENEL KİMYA II
Hafta Konu Başlığı
Birinci Hafta Termodinamik. Termodinamiğin 0. ve 1. yasaları. Hess yasası.
İkinci Hafta Termodinamiğin 2. ve 3. yasaları. Entropi. Serbest enerji.
Üçüncü Hafta Asitler ve bazlar. Asit baz tanımları. İyonik denge, pH ve pOH.
Dördüncü Hafta Asit ve bazların iyonlaşma sabitleri. Hidroliz. Ortak iyon etkisi.
Tampon çözeltiler.
Beşinci Hafta Gravimetrik ve volümetrik analiz. Eşdeğer kütle ve normalite.
Denklem denkleştirme.
Altıncı Hafta Elektrokimya. Faraday yasası. Pil gösterimleri ve elektrot çeşitleri.
Elektromotor kuvvet ve endüstriyel piller.
Yedinci Hafta Ametaller. Hidrojen, oksijen,karbon, azot, fosfor, kükürt.
Sekizinci Hafta Halojenler: Flor, Klor, Brom, İyot, Astatin
Dokuzuncu Hafta Metaller; s-bloku metalleri, p-bloku metalleri. Çinko ailesi metalleri.
Onuncu Hafta Geçiş metalleri. Krom, mangan, demir, kobalt, nikel. Kompleks
bileşikleri. Geçiş metallerinin reaksiyonları.
Onbirinci Hafta Bakır, gümüş, altın. Elde edilişleri ve kimyasal reaksiyonları.
Onikinci Hafta Yarı metaller; bor, silisyum, germanyum. Arsenik, antimon, selen ve
tellür. Elde edilişleri ve kimyasal reaksiyonları.
Onüçüncü Hafta Çekirdek kimyası. Radyoaktiflik. Çekirdek reaksiyonları.
Ondördüncü Hafta Organik kimya, polimerler ve biyokimya.
Termodinamik. Termodinamiğin 0. ve 1. yasaları. Hess yasası.
BİRİNCİ HAFTA
TERMODİNAMİK
Termo: ısı, dinamik: hareket kelimelerinden
oluşmuştur.
Termodinamik, kimyasal reaksiyonların ısı alışverişini
inceleyen bilim koludur.
Termodinamikte sıkça kullanılan terimler: Enerji, İş yapabilme yeteneğidir.
Sıcaklık, ısının akış yönünün bir göstergesidir.
Termodinamikte olayı yaşayan maddelere sistem denir.
Reaksiyonlarda sistem bizzat reaksiyona giren kimyasal
maddelerdir.
Çevre, sistemle temas halinde olan evrenin bir parçasıdır.
İç enerji (E), bir sistemin içinde bulunan tüm atomların, iyonların
veya moleküllerin enerjilerinin toplamıdır.
Cisimlerin sahip olduğu enerji ölçülmez.
Sadece birinin diğerine göre enerji farkı
ölçülebilir.
Termodinamiğin 0. ve I. Kanunu
Sıfırıncı yasa iki ayrı cismin bir üçüncü cisimle
ısıl dengede olmaları durumunda kendi
aralarında da ısıl dengede olacaklarını bildirir.
Üçüncü cisim ile ısıl dengededirler.
Termodinamiğin I. kanunu, evrenin enerjisinin sabit olduğunu
ifade eder ve bu ifade birkaç değişik şekillerde söylenebilir.
Enerji bir halden diğerine dönüşebilir. Fakat kaybolmaz. Enerji
yoktan var edilemez, vardan yok edilemez. Bir sistemin
enerjisindeki değişme sistem tarafından yapılan işlem sistem
tarafından alınan (yada verilen) ısıya eşittir. Isı q, iş de w ile
gösterildiğinde sistem ve çevre arasındaki etkileşimde toplam
enerji değişimi, E nin matematik ifadesi şöyle olur:
Kimyasal sistemlerde (elektrokimyasal iş hariç)
sadece gaz sistemlerde basınç x hacim işi
vardır. Bir piston ile sıkıştırılmış bir gaz ısındığı
zaman genişler ve dış basınca karşı bir iş yapar.
Entalpi (H)
Entalpi, sabit basınçta meydana gelen
işlemlerdeki çevre ile alınıp verilmiş ısı
miktarına eşittir.
H, sabit basınçta, genellikle açık
kaplarda atmosfer basıncında yapılan
reaksiyon ısısıdır:
E, sabit hacimde, kalorimetre
bombasında yapılan reaksiyon ısısıdır.
Bir reaksiyonun ısısı belirli bir sıcaklık için sabittir. Değişik
sıcaklıklarda reaksiyon ısıları da değişir. Bir reaksiyonun
reaksiyon ısısı o reaksiyon denkleminin genişletildiği sayı ile
çarpımına, bölündüğü sayı ile bölümüne eşit olur.
Reaksiyon Isıları
25C (298 K) ve 1 atmosferde belirlenen entalpi
değişimine standart entalpi değişimi adı verilir ve H
ile gösterilir. Bileşiklerin 298 K de 1 atm de
elementlerinden oluşma entalpisine standart oluşma
entalpisi denir ve Heo (delta H sıfır elementlerinden
oluşma) ile gösterilir.
Standart Oluşma Isıları (Heo)
Bileşiği meydana getiren atomlar arasında çok sağlam
bağlar olduğunu biliyoruz. Bu bağların oluşumu esnasında
dışarıya verilen enerji, bağları kırmak için verilmesi
gereken enerjiye eşittir. Kimyasal bağları kırmak için
verilmesi gereken enerjiye bağ enerjisi adı verilir. Bağ
kırılması (endotermik) (+) işaretli reaksiyon ısısına sahip
bir reaksiyon, bağ oluşumu (ekzotermik)(-) işaretli
reaksiyon ısısına sahip bir reaksiyondur.
Bağ enerjisi
Genellikle oksijenle olan reaksiyonlara yanma
reaksiyonları denildiği için reaksiyon ısılarına yanma
ısısı (H) adı verilir. Bunlar yakıt olarak kullanılan
organik maddelerde bilhassa önemlidir.
Yanma Isısı
Birtakım reaksiyon adımlarından geçerek yürüyen bir net
reaksiyonun ısısı, ara reaksiyon ısıları bilindiği takdirde
hesap yoluyla bulunabilir. Termo- kimyanın bu en önemli
buluşu 1840 de Hess tarafından birtakım deneyler
sonucunda ortaya konulmuştur. Hess Kanunu bir
kimyasal reaksiyonda ilk halden son hale geçişteki
reaksiyon ısısı reaksiyonun gidiş yoluna bağlı değildir der.
Reaksiyon ister bir adımda tamamlansın, ister birçok ara
adımlardan geçerek tamamlansın, reaksiyon ısısı aynıdır
şeklinde de ifade edilebilir.
Hess Kanunu (Reaksiyon
Isılarının Hesaplanması)
Karbon ve oksijenden karbondioksit oluşumu bir adımda
veya iki adımda olabilir.
CO2(g), (25 C, 1 atm)o
oH = -393.5 kJ
Hb = -283 kJ
1/2 O2 (g)CO (g)
Ha = -110.5 kJ
2.b
1.
2.a
+o(25 C, 1 atm)C(grafit) O2 (g) ,
Bir ısının alındığı veya verildiği, sıcaklık
değişmesiyle anlaşılır. Sıcaklığının yükselmesi
o cismin ısı aldığını sıcaklığının düşüşü de o
cismin ısı verdiğini gösterir. Bir cismin son
durumundaki sıcaklığıyla ilk andaki sıcaklığı
arasındaki fark (T) ısı miktarının
hesaplanmasında kullanılır.
Reaksiyon Isılarının Ölçülmesi
1) Spesifik Isı, 1 gram maddeyi 1K veya 1C yükseltmek için
gerekli olan ısı miktarıdır (J/Kg): Bu durumda bir cismin
aldığı veya verdiği ısı iki farklı şekilde hesaplanabilir:
Isı (q) = mol sayısı x molar ısı kapasitesi x T
veya
Isı(q) = kütle x spesifik ısı x T
2) Molar ısı kapasitesi, bir mol maddeyi 1K veya 1C
yükseltmek için gerekli olan ısı miktarıdır. Birimi J/K mol dür.
Faz geçişlerinin olmadığı sıcaklık aralıklarında spesifik ısı ve
molar ısı kapasitesi olmak üzere iki türlü tanımlanır:
Isı kapasitesi
Kalorimetreler reaksiyon ısılarını ölçmeye yarayan aletlerdir. Gerek
sabit hacimde (kapalı kaplarda), gerek sabit basınçta (açık kaplarda,
atmosfer basıncında) reaksiyon ısıları ölçülerek E veya H deneysel
olarak bulunabilir. Her iki halde önce kalorimetrenin ısı kapasitesi
deneysel olarak belirlenmelidir. Bunun için elektrikli ısıtıcı ile belirli bir
süreyle kalorimetre ısıtılır veya belirli bir sıcaklığa ısıtılmış bir metal
çubuk kalorimetreye konarak sıcaklık yükselmesi ölçülür. Bütün mesele
bilinen belirli bir miktar ısının kalorimetreye verilerek sıcaklık
yükselmesinin ölçülmesidir.
Kalorimetreler
Kalorimetre bombası
Kalorimetre bombasında reaksiyon
ısıları iç enerji değişmeleri (E)
olarak ölçülür.
Çözelti kalorimetreleri
Çözelti kalorimetrelerinde reaksiyon açık havada (sabit
basınçta) yapıldığından, reaksiyon ısısı, DH olarak ölçülür:
DH = qp
Termodinamiğin 2. ve 3. yasaları. Entropi. Serbest
enerji.
İKİNCİ HAFTA
Termodinamiğin II. Kanunu. Entropi
Kimyacı, kimyasal olayların kendiliğinden olup olmadığı sorusuna cevap
aramıştır. Çoğunlukla geçerli olan ekzotermik olaylar kendiliğinden
cereyan eder, endotermik olaylar kendiliğinden yürümez kuralı ortaya
atılmıştır. İşte termodinamiğin ikinci kanunu, kendiliğinden olma olayını
kesinlikle tarif etmek için, entropi ve serbest enerji kavramlarını getirmiştir.
Kendiliğinden olma olayları karışıklığın, düzensizliğin
karmaşanın en yüksek olduğu yöne doğru ilerler. Evrenin
düzensizliği daima artmaktadır. İşte bu düzensizlik, karışıklık
miktarı entropi olarak tarif edilmektedir. Entropi büyük S harfi
ile gösterilir. Entropi de her bir sistem için net olarak
hesaplanamaz ancak sistemin son hali ile ilk hali arasındaki
entropi farkı miktarı olarak ölçülebilir.
S = S2 - S1
İlk halin entropisi
Son halin entropisiEntropi değişimi
Entropinin artışına ve azalışına neden olan olaylardan bazılarını
şöyle sıralayabiliriz:
Entropinin artışına sebep
olan olaylar
Entropinin azaldığı olaylar
Sıcaklık artışı Sıcaklık azalışı
Bir katının erimesi Bir sıvının soğutulması
Bir sıvının buharlaşması Bir gazın yoğunlaştırılması
Aynı fazda iki maddenin
karıştırılması
Bir gazı daha küçük hacme
koyma
Bir sıvıda bir gaz veya katının
çözünmesi
Bir reaksiyonda gaz mol
sayısının azalması
Bir gazın genişlemesi Toplam mol, atom, iyon
sayısının azalması
İç enerji ve entalpinin sadece E ve H olarak değişimleri
hesaplanabilmekte iken hem entropi değişimi hem de mutlak
entropi hesaplanabilmektedir. Bu kolaylığı bize
termodinamiğin üçüncü kanunu verir. Termodinamiğin
üçüncü kanunu, mükemmel bir kristalin mutlak sıfır
noktasındaki entropisi sıfırdır der.
Termodinamiğin III. Kanunu. Mutlak Entropiler
0 K de mükemmel kristal olan F2 nin standart
entropisinin (S298) bulunması.
Belirli bir sıcaklıkta gerçekleşen bir kimyasal reaksiyonun
entropi değişimi ürünlerin entropisi ile başlangıç
maddelerinin entropisi farkına eşittir. Entalpi değişimlerinde
olduğu gibi entropi değişimleri de sadece son hal ile ilk
hale bağlıdır. Reaksiyonun geçtiği yollara bağlı değildir.
Hess Kanunu entropi değişimlerine de uygulanabilir.
Kimyasal Reaksiyonlarda Entropi Değişimi
Fiziksel olaylarla kimyasal olayların kendiliğinden olup
olamayacağı hususunun tahmin edilmesi hakkında kaba olarak
ekzotermik reaksiyonlar kendiliğinden olur diyorduk. İkinci ve biraz
daha kesin tahminimiz entropi artışı olursa reaksiyon kendiliğinden
olur demiştik. Böylece hem entropi artışı olan ve hem de aynı
zamanda dışarıya ısı veren (ekzotermik) reaksiyonlar kesinlikle
kendiliğinden yürür diyebiliriz. Fakat ekzotermik olmadığı halde
entropi artışı olan ve ekzotermik olup entropi artışı göstermeyen
reaksiyonların kendiliğinden olup olamayacağını söyleyemeyiz.
1876 da J.W.Gibbs bunu açıklığa kavuşturmuştur.
Serbest Enerji
Bu bağıntıya göre G hesaplanır ve bulunan değere
bakılarak reaksiyonun kendiliğinden yürüyüp yürüyemediği
belirlenir:
G < 0 reaksiyon kendiliğinden olur.
G > 0 reaksiyon kendiliğinden olmaz.
G = 0 reaksiyon dengededir.
1876 da J.W.Gibbs bir reaksiyonun kendiliğinden olup
olmadığı hakkında kesin bir bilgi veren Gibbs serbest
enerjisi bağıntısını bulmuştur:
Asitler ve bazlar. Asit baz tanımları. Hidroliz. İyonik
denge, pH ve pOH.
ÜÇÜNCÜ HAFTA
Asitler ve bazlar kimyada çok geniş bir yer tutarlar. Çoğu kimyasal
reaksiyon asit veya bazların yardımıyla gerçekleşir. İnsan vücudunda
mide hidroklorik asit (HCl) salgılar. Sülfürik asit (H2SO4), hidroklorik
(HCl), nitrik asit (HNO3) ile sodyum hidroksit (NaOH), amonyak
(NH3), sönmüş kireç: Kalsiyum hidroksit: Ca(OH)2 endüstride çok
fazla kullanılmaktadır. İlk asit tanımı, tadı acı, mavi turnusolu
kırmızıya çeviren, bazı metaller (Mn, Zn, Fe,... gibi) ile birleşince
hidrojen gazı açığa çıkaran maddelerdir şeklinde idi. Baz da
sabunumsu, kırmızı turnusolu maviye çeviren madde olarak
tanımlanıyordu.
ASİTLER VE BAZLAR, İYONİK DENGE
Arrhenius; sulu çözeltiye proton veren asit, hidroksit iyonu
veren de bazdır diye yapmıştır.
Asit baz tanımı daha genel bir anlamda bugün çok kullanışlı
olan Lowry-Brönsted tanımıdır. Ortam ne olursa olsun (sulu
veya susuz) proton veren asit, proton alan da bazdır.
Lewis’e göre ortaklanmamış bir elektron çifti alan asit,
ortaklanmamış bir elektron çifti veren de bazdır.
Asit-baz tanımları
Susuz ortamda gerçekleşen proton alış verişi:
Lowry-Brönsted’e göre asit-baz tarifindeki en çarpıcı nokta bir
asidin bir proton kaybederek yeni bir bazı konjuge bazını, bir
bazın bir proton alarak yeni bir asidi konjuge asidini
oluşturmasıdır. Bir başka ifadeyle bir asidin konjuge bazını
bulmak için molekül formülünden bir proton çıkarılır. Bir bazın
konjuge asidini bulmak için de ona bir proton eklenir.
Konjuge asit-baz tanımı
Konjuge asit-baz örnekleri
Basit asitler biri hidrojen olmak üzere iki cins atomdan ibaret olan
asitlerdir.
Basit asitlerin adlandırılması; hidro diğer atomun adı ik şeklinde yapılır.
Asit kuvvetliliği de periyodik tabloda yukarıdan aşağıya doğru indikçe
artar:
(hidroflorik asit) HF
(hidroklorik asit) HCl
(hidrobromik asit) HBr
(hidroiyodik asit) HI
artanasitkuvvet-liliği
H2O
H2S
H2Se (hidroselenik asit)
H2Te (hidrotellurik asit)
Basit Asitler
Basit asitlerde asit kuvvetliliği
soldan sağa gittikçe artar:
Artan asit kuvvetliliği
(zayıf baz) (amfoter) (asit)
Amfoterlik hem asit hem de baz özelliğine aynı anda sahip
olmaktır.
Anyonunda oksijen
ve bir başka atom
bulunduran asitlerdir.
Okso asitler
Okso asitlerin kuvvetliliği
Hidrojen ve oksijen dışında üçüncü atomun elektronegatifliği
arttıkça asit kuvvetliliği artar.
Aynı cins merkez atomlu asitlerde, merkez atomun
yükseltgenme sayısı arttıkça asit kuvvetliliği artar.
Okso asitlerde, Periyodik tabloda soldan sağa gittikçe bazlık
azalır, asitlik artar.
Oksoasitlerde periyodik tabloda yukarıdan aşağı inildikçe bazlık
artar.
1. Derişik sülfürik asidin nitrat, florür, klorür,
asetat tuzlarına etkisiyle elde edilir.
2. HCl ve HF elementlerinden elde edilebilir.
3. HI ve HBr tuzları üzerine derişik fosforik asit
etki ettirilerek elde edilirler:
4. H2SO4, sülfürlü filizlerin havada yakılmasıyla oluşturulan SO3 gazından
elde edilir.
5. HNO3 azot ve hidrojenin reaksiyonuyla oluşturulan amonyaktan elde
edilir.
6. Asit anhidritlerinin su ile reaksiyonundan
asitler ele geçer.
Bazı Asitlerin Elde Edilişi
Bir asit ve bazın reaksiyonuna nötralleşme
reaksiyonu denir. Proton ve hidroksit iyonu
birleşerek su oluştururken, asidin anyonu ile bazın
katyonu da tuz oluşturur:
KOH (aq) + HCl(aq) KCl(aq) + H2O
Nötralleşme reaksiyonları
Tuzlar bir asidin anyonu ile bir bazın katyonundan oluşmuş
maddeler olduğuna göre bunların su ile reaksiyonlarını
incelediğimizde bazı iyonların sudan bir proton koparıp hidroksil
iyonlarını serbest bıraktığını, bazılarının da sudan hidroksit iyonu
koparıp protonu serbest bıraktığını görürüz. Böylece bazik veya
asidik çözeltiler oluşur. Suyun hidrojen-oksijen bağının kırılarak yeni
bileşikler oluşturmasına hidroliz denir.
Hidroliz
İyonik Denge, pH ve pOH
Asitlik ve bazlığı üslü sayılarla ifade etmek yerine küçük sayılarla vermek
daha kullanışlıdır. Bunun için H+ veya OH- iyonları derişimleri yerine eksi
logaritma değerleri alınır. Bu değerler pH ve pOH olarak adlandırılır.
Tanım olarak;
pH, eksi logaritma H+ derişimidir: pH = - log [H+]
pOH, eksi logaritma OH- derişimidir: pOH = - log [OH-]
Asit ve bazların iyonlaşma sabitleri.
Ortak iyon etkisi. Tampon çözeltiler.
DÖRDÜNCÜ HAFTA
Ka : Asit iyonlaşma sabiti,
Kb: Baz iyonlaşma sabiti.
Kuvvetli asit ve bazlar % 100 iyonlaştığı
için Ka ve Kb çok büyüktür (1 den büyük),
zayıf asit ve bazların iyonlaşması çok azdır.
Asit ve Bazların
İyonlaşma Sabitleri (Ka, Kb)
HA (aq) H2O (s) A- H3O
+ ,++
+ + B (aq) H2O (s) BH+ OH
- ,
Ka = [H
+] [A
-]
[HA]
[BH+] [OH
-]
[B]Kb =
zayıf asit
zayıf baz
Bazı asit ve bazların iyonlaşma sabitleri
İyonların Su ile Reaksiyonları
a) Nötral Tuzlar: Kuvvetli asit anyonu ile kuvvetli baz
katyonlarından oluşan tuzlardır. Suda hidroliz olmazlar
sadece iyonlaşırlar.
b) Asidik tuzlar: Zayıf baz katyonu ile kuvvetli asit
anyonundan oluşan tuzlardır. Suda sadece katyonları
hidroliz olup çözeltiyi asidik yaparlar.
c) Bazik tuzlar: Zayıf asit ile kuvvetli bazdan oluşan
tuzlardır. Tuzun anyonu hidroliz olarak çözeltiyi bazik
yapar.
d) Her iki iyonu da su ile reaksiyon veren iyonlardan
oluşmuşsa anyonun ve katyonun iyonlaşma sabitleri
karşılaştırılarak çözeltinin asitliği veya bazlığı tahmin
edilir.
İyonların
su ile
reaksi-
yonlarına
örnekler
La Chatelier prensibine göre bir tuz çözeltisine ortak bir iyonu
bulunan bir başka çözelti katılırsa, tuzun çözünürlüğü azalır.
Ortak İyon Etkisi
Kuvvetli asit veya baz ilavesiyle pH sı çok az değişen
çözeltilerdir. Zayıf asit ve tuzu (konjuge bazı), zayıf baz ve
tuzu (konjuge asidi) karışımlarından hazırlanır. Tampon
çözeltiye asit veya baz ilavesinde baz konjuge asidine, asit
konjuge bazına dönüşür.
Tampon Çözeltiler
Tampon
çözeltiler
Dengede olmayan veya doymamış bir çözeltideki iyonların
konsantrasyonları çarpımına iyonlar çarpımı denir. İyonlar çarpımı bir
iyonik katı maddenin çözünmesi reaksiyonunun ilerleme değeridir (Qi). Bir
katının çözünürlük çarpımı Ksp, dengede, doygun bir çözeltideki iyonlar
çarpımıdır veya çözeltideki iyonları ile dengede olan iyonik bir katının
denge sabitidir diye de tarif edilir. İyonlar çarpımı (Qi) çözünürlük çarpımı
(Ksp) karşılaştırılarak ne zaman çökmenin gerçekleşeceği tahmin edilir.
Çözünürlük Çarpımı ve Çökme
Qi < Ksp Tüm iyonlar çözeltidedir. Çökme olmaz.
Qi = Ksp Denge hali. Doygun çözelti
Qi > Ksp Qi = Ksp oluncaya kadar çökelti oluşur.
Gravimetrik ve volümetrik analiz. Eşdeğer kütle ve normalite.
Denklem denkleştirme.
BEŞİNCİ HAFTA
Çoğu kez bir çözeltide hangi iyonların olduğunu belirlemek
bu iyonların ne kadar olduğunu tahmin etmek kimyacıya
düşer. Bir çözeltide hangi cins iyonların bulunduğunu
belirlemeye kalitatif (nitel) analiz denir ve bunda katyonlar
ve anyonlar belirli bir sistematiğe uygun olarak ayrı ayrı
incelenir. İyonların miktarını tayin etmeye de kantitatif
(nicel) analiz adı verilir. Bu da gravimetrik ve volumetrik
analiz olmak üzere iki çeşittir.
Çözeltide İyon Analizleri
Gravimetrik analizde çözeltide bulunan iyonlar, uygun maddeler
ilavesiyle çöktürülür, süzülür ve tartılır. Reaksiyon denklemlerine göre
orantı kurularak iyon miktarı hesaplanır. Reaksiyon denklemlerine
göre madde miktarı hesaplama işlemine stökiyometri denir.
Gravimetrik Analiz
Deneysel işlemleri gravimetrik analize göre daha az
olan, kolay ve pratik bir analizdir. Volumetrik analizde
bilinen derişimdeki bir maddenin çözeltisi miktarı
belirlenecek olan maddenin çözeltisine aralarındaki
reaksiyon tamamlanıncaya kadar katılır. Bilinen
derişimdeki çözeltiye standart çözelti denir. İki madde
arasındaki reaksiyonun tamamlandığı an ya standart
çözeltinin kendi renginin değişimiyle veya ilave bir
indikatörün renk değişimi ile belirlenir.
Volumetrik Analiz
Fenol ftalein asidik ve bazik ortamda
aşağıdaki reaksiyonuna göre renk değiştirir:
C
CO O
OH
OH O-
O
C
CO O-
O-
O-
C
CO O-
+C
CO O-
O-
O
asit şekli(renksiz)
baz şekilleri(kırmızı)
Her titrasyonda ilave edilen standart çözelti ile titre edilen
çözeltinin değişen konsantrasyonu arasında çizilen
grafikler bize titrasyonun gidişi ve dönüm noktasının
belirlenmesi hakkında bilgi verirler. Bu grafiklere titrasyon
eğrileri adı verilir.
Titrasyon Eğrileri
Kimyasal reaksiyonların anlaşılabilmesi için eşdeğerlik çok
önemlidir. Bir kimyasal denklemde değişik mol sayılarında
maddeler birbiriyle reaksiyona girebilir, ancak denkleşmiş bir
denklemde her zaman başlangıç maddelerin birer eşdeğer
kütlesi reaksiyona girerek birer eşdeğer kütle ürünleri
oluştururlar. Eşdeğerlik sadece reaksiyonlarda geçerli olan
bir tanımdır.
Eşdeğer Kütle ve Normalite
Redoks reaksiyonlarda yarı reaksiyonlar
yöntemine göre denklem denkleştirme
Yarı reaksiyon yönteminde esas ilke alınan ve verilen elektron
ve atom sayılarının eşitliğidir. Yarı reaksiyonların
denkleştirilmesinde oksijen atomlarının sayılarını eşitlemek
en çok karşılaşılan bir noktadır. Oksijen sayılarının
eşitlenmesinde sol tarafta oksijen eksikliği varsa, asidik
reaksiyonlarda sol tarafa su ilave edilir, sağ tarafta protonlar
oluşturulur; bazik reaksiyonlarda sol tarafa hidroksit iyonları
veya su ilave edilir, sağ tarafta su veya hidrojen iyonları
oluşturulur.
Oksijen fazlalığı varsa sol tarafa proton ilave edilir. Fazla oksijen
atomları ile bu protonlar sağ tarafta su olarak ortaya çıkar.
Elektrokimya. Faraday yasası. Pil gösterimleri ve
elektrot çeşitleri. Elektromotor kuvvet ve endüstriyel
piller.
ALTINCI HAFTA
Elektrokimyanın günlük yaşantımızda büyük bir pratik önemi vardır.
Pillerle çalışan tüm aletler, pilli radyolar, pilli oyuncaklar, pilli tıraş
makineleri hep elektrokimyanın günlük hayata uygulanmış şeklidirler.
Otomobil parçaları, madalyonlar gibi bazı eşyaları daha güzel, daha
parlak görünümlü yapabilmek ve korozyondan korumak için bazı
metallerle kaplamanın bir yolu da yine elektrokimyasal bir işlem olan
elektrolizdir. Kimya zaten baştan başa elektrikseldir. Tarif olarak
elektrokimya, elektrik enerjisi üreten veya elektrik enerjisiyle yürüyen
yükseltgenme-indirgenme (redoks) reaksiyonlarının tümünü içine alan
bilim dalıdır.
ELEKTROKİMYA
A. Volta 1800 yılında üstüste koyduğu
çinko ve gümüş plakaları arasına
tuzlu suya daldırılmış kumaş parçaları
koyarak elektrik üreten ilk pili
yapmıştır. Kendi adına izafeten bu
pile volta pili adı verilmiştir.
Volta Pili (Galvanik Pil)
İlk Galvanik Pil (Volta pili)
REAKSİYONUNDAN GALVANİK
PİL DÜZENEĞİ İLE ELEKTRİK
AKIMI ÜRETİLMESİ
Dışarıdan elektrik akımı verilerek kendiliğinden
olmayan reaksiyonların gerçekleştirildiği sistemlerdir.
Elektrik akımı ile gerçekleştirilen bu reaksiyonlara
elektroliz adı verilir.
Elektrolitik Piller
Erimiş sodyum klorürün elektrolizi
Bir iyonik çözeltiden bir eşdeğer gram maddeyi
biriktirmek veya anottan çözeltiye geçirmek için 96500
Coulomb (C) elektrik yükü gerekir. 96500 C= IF
(Faraday) olarak gösterilir.
Faraday kanunu
Galvanik pillerin gösterimi pilin nasıl oluştuğunu açıklamak
için kullanılır. Bunun için,
anotanot elektrolitikatot elektrolitikatot
sırasına göre yazılır. Burada dikkat edilecek husus önce
yükseltgenen yarım pil reaksiyonundan başlayarak sırayla
birbirine temas eden fazları yazmaktır.
Pil Gösterimleri ve Elektrot Çeşitleri
Bir çinko-bakır galvanik pilinin gösterimi
Zn Zn+2
(c1) Cu+2
(c2) Cu
faz teması tuz köprüsü faz teması
Anot Katot
Elektrot sistemleri
1)1. Metal çubuk/metal 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.
Elektron pozitif yüke doğru akar. Elektrik alan yüklü
parçacıkların farklı yüklü iseler-birbirini çektiği veya -aynı
yüklü iseler- birbirini ittiği bölgedir. Bir elektrik alanındaki
yüklü bir parçacık daha yüksek elektriksel potansiyel enerjili
bir yerden daha düşük elektriksel potansiyel enerjili bir yere
doğru hareket eder. Bir volta pilinde elektronların devamlı
akışı anot ve katot arasındaki potansiyel farkından dolayıdır.
Anot, katoda göre daha yüksek bir negatif potansiyel enerjiye
sahip olduğundan elektronlar anottan katoda akarlar.
Elektromotor Kuvvet
Bir hücrenin elektromotor kuvveti, emk, iki yarım hücre
arasındaki potansiyel farkın bir ölçüsüdür. Elektriksel
potansiyelin birimi volttur (V).
Elektromotor kuvvet serbest enerji gibi kimyasal
reaksiyonun ne derece kendiliğinden olabileceğinin bir
ölçüsüdür. Bu yüzden bu iki terim arasında matematiksel
bir ilişki vardır.
Bir pilde her bir yarım reaksiyonun elektrot potansiyeli ölçülebilir.
Uluslararası bir gösterim olarak yarım reaksiyonlar için potansiyellerin
indirgenme potansiyeli olarak verilmesi üzerinde anlaşılmıştır. 1 atm, 1
molar ve 25C de ölçülen bu değerler standart elektrot potansiyeli
veya standart indirgenme potansiyeli olarak anılır. Standart indirgenme
potansiyelleri ikinci bir yarım pil (yarım hücre) ile bir pil teşkil edilerek
ölçülür. Bu ikinci referans yarım hücrenin standart potansiyeli sıfır
olmaktadır. Hidrojen elektrotunun 25C de standart potansiyeli 0.00 V
dur.
Standart İndirgenme Potansiyelleri
Eğer pil sistemi standart şartlar (1 molar, 25C ve 1 atm) dışında
özelliklere sahip olursa pilin e.m.k’ sının nasıl hesaplanacağı 1900’lü
yıllarda W.Nernst tarafından kendi adıyla anılan bağıntıya verildi.
Nernst Denklemi
Nernst bağıntısında redoks reaksiyonunun denge
halini düşünürsek Q = K olacaktır. Dengede pilin E
değeri de sıfır olacaktır.
K ve E ilişkisi
Nernst bağıntısı, bize
sadece derişimleri
değiştirerek aynı cins
yarım reaksiyonların
da bir potansiyel farkı
doğurabileceğini
gösterir. pH-metreler,
emk değerlerini
doğrudan pH
cinsinden veren
potansiyometrelerdir.
pH Metreler
Endüstriyel piller;
(1) tek kullanımlı
(primer piller), (2)
depolama pilleri
(akümülatörler) ve
(3) yakıt pilleri
olarak
sınıflandırılırlar.
Endüstriyel Piller
Ametaller. Hidrojen, oksijen, karbon, azot, fosfor,
kükürt.
YEDİNCİ HAFTA
H2, N2, O2, F2, Cl2, soy gazlar (gaz); Br2 (sıvı); karbon, fosfor, kükürt,
iyot ve astatin (katı) ametallerdir. Ametaller metalik özellik taşımazlar
yani tel ve levha haline getirilemezler. Elektriği ve ısıyı iletmezler.
Periyodik tablonun son grubu olan soy gazlar reaksiyon yeteneği
hemen hemen hiç olmayan (sadece çok az sayıda bileşikleri son
yıllarda elde edilebilmiştir) tek atomlu-mono atomik gazlardır. Işıklı
reklam panolarında inert ortam olarak kullanılırlar. Düşük basınçta
soy gaz içeren bir tüpten elektrik akımı geçirildiğinde He: beyaz-
pembe, Ne: Kırmızı-turuncu, Ar: Pembe, Kr: Mavi-beyaz, Xe: Mavi
ışık verirler. Bu serinin son elementi Rn radyoaktiftir.
AMETALLER
Hidrojen renksiz kokusuz bir gazdır. Yüksek yanıcı özelliğe
sahip olduğu için özel şartlarda muhafaza edilir. Elektronik
yapısı 1s1 şeklindedir. Hidrojenin üç izotopu vardır. Hidrojen
(1protium), : Döteryum (2D) : Trityum (3T). Döteryum yanında
doğada hidrojenin 5000 de biri oranında bulunur. D2O ya ağır
su denir. Normal suda bulunur ve fraksiyonlu destilasyonla
normal sudan ayrılır. (H2O, k.n.:100.0C; D2O k.n: 101.4C).
Ağır su, çekirdek reaksiyonlarında, nötron yavaşlatıcısı olarak
kullanılır.
Hidrojen, H2
Hidrojen, halojenlerle doğrudan birleşir :
Endüstride büyük miktarlarda hidrojen doğal gaz (en çok
metan içerir) veya karbonun su buharıyla reaksiyonundan
elde edilir.
Çok saf hidrojen suyun elektrolizi ile elde edilir.
Hidrojenin Elde Edilmesi
Suyun
elektrolizi.
1.Laboratuarda hidrojen çoğunlukla çinko
2.Metalinin H2SO4 ile reaksiyonundan elde edilir.
Oksijen, O2
Oksijen (O2), renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Sıvı
oksijen açık mavi renktedir. İçme suları hava ile temas
halinde olduğundan bir miktar çözünmüş oksijen içerirler.
Oksijenin çözünürlüğü 1 litre suda 30 ml O2 dir.
Oksijenin Reaksiyonları
Oksijen (halojenler, nitrik asit, hipoklorit,
klorat ve perklorat asitleri gibi) kuvvetli bir
yükseltgeyicidir. Karşısındaki elementi
yükseltgerken kendisi -2 değerliğe indirgenir.
Oksitler ve Hidroksitler
Ametal oksitleri asit özelliği, metal oksitleri de baz özelliği
gösterir. Bunlar su ile reaksiyona girdiğinde ilgili asit ve bazlarını
verirler. Su ile, ilgili asitlerini veren ametal oksitlerine asit
anhidrit adı verilir.
Metal oksitleri de su ile hidroksitleri verirler. Bu metal oksitlerine
de bazik anhidrit veya bazik oksit adı verilir.
Bazlara karşı asit gibi, asitlere karşı da baz gibi reaksiyon
veren maddelere amfoter, oksitlere amfoter oksit
hidroksitlere de amfoter hidroksit adı verilir
Amfoter metal hidroksitleri
Başlıca elde edilme yolu sıvı havanın fraksiyonlu destilasyonu
yoluyladır. Sıvı havanın fraksiyonlu destilasyonu ile oksijen ile birlikte
argon helyum gibi soy gazlar da ucuz olarak elde edilirler.
Laboratuarda oksijen potasyum kloratın kızdırılmasıyla elde edilir:
Oksijen başlıca çelik ve metal üretiminde yanmayı kolaylaştırıcı olarak
ve oksijen içeren kimyasal maddelerin üretiminde kullanılır. Ayrıca
hastanelerde oksijen maskelerinde, pis suların arıtılmasında
oksitleştirici olarak, oksijen asetilen hamlaçlarında, roket yakıtlarını
yakmada sıvı oksijen (LOX) olarak kullanılmaktadır.
Oksijenin Elde Edilmesi
Üç oksijen atomunun kovalent bağlanmasıyla
oluşmuş gaz halinde bir maddedir. Oksijen ve
ozon aynı bir elementin farklı bağlanma
şekillerine sahip maddelerdir (Allotropturlar).
Ozon, O3
O
O
O: : : :
.. ..
: : :O
O
O:.. ..
Renksiz, kararlı olmayan bir sıvıdır. Oda sıcaklığında
yavaşça bozunur. Zayıf bir asittir. Peroksitteki oksijen
atomlarının her birinin ortalama yükseltgenme sayısı (-1)
dir. Peroksit (-O-O-) bağı oldukça düşük bir bağ
enerjisine sahiptir.
Derişik çözeltileri patlama ile bozunur. Bu yüzden
patlayıcı imalinde kullanılır. Çok kuvvetli bir yükseltgeme
aracıdır. Aynı zamanda yükseltgeyiciler karşısında da
indirgen olarak hareket eder.
Hidrojen Peroksit, H2O2
Süper oksitler,
KO2, RbO2, CsO2
Sadece K, Rb ve Cs un oksijen ile ısıtılmasıyla elde edilir.
K, Rb ve Cs hidroksitlerinin ozonla reaksiyonundan elde edilir.
Ozonürler
Ca2+ , Mg2+ , Fe2+ gibi iyonları içeren suya sert su
denir. Sert sular istenilmez çünkü sabunu çökerterek
bol köpük yapmasını ve kirleri çıkarmasını önlerler.
Bu katyonların yanında anyon olarak HCO3- bulunduğu
zaman buna geçici sertlik adı verilir.
İçme ve Kullanma Suyu
Yeraltında kömür madenleri olarak taşkömürü, linyit
şekillerinde bulunur. Karbon elmas ve grafit olarak iki
allotropa sahiptir. Elmas tetrahedral bağlar yapar. En dış
yörüngesindeki değerlik elektronlarının dördü de
bağlanmaya iştirak etmiştir. Grafitte ise üç elektron
bağlanmaya iştirak etmiş ve dördüncüsü serbest
kalmıştır. Grafit, bu serbest elektrona sahip oluşundan
dolayı elektrik akımını iletir, elmas hiç serbest elektron
taşımadığından akımı iletmez.
Karbon, C
Karbonun iki allotropu: elmas ve grafit
Siyanürler
Karbon monoksit, CO ( :CO: )
Karbon dioksit, CO2( :O = C = O: )
Karbürler: (C2)2- [:C C: ]2-
Karbonun bazı bileşikleri
Renksiz, kokusuz, tatsız ve zehirliliği olmayan bir gazdır. Havada %
78.08 oranında bulunur. Çok zor reaksiyona girer. Çünkü azot-azot
bağları çok kuvvetlidir. En çok amonyak, kalsiyumsiyanamid [CaNCN],
hidrazin yapımında kullanılır. Siyanamid ve amonyak çoğunlukla gübre,
hidrazin de roket yakıtı olarak kullanılır. Çoğu reaksiyonları inert bir
ortamda yapabilmek için azot gazı kullanılır. Ayrıca sıvı azot, havanın
soğutulup sıkıştırılması yoluyla elde edilen sıvı havadan (-195C de N2,
-183C de O2 kaynar) fraksiyonlu destilasyonla ayrılarak elde edilir.
Azot, N2 ( : N N : )
Azotun bileşiklerinde aldığı
yükseltgenme sayıları
Fosforun değişik reaksiyon yatkınlığına sahip üç allotropu vardır.
Beyaz, kırmızı ve siyah fosfor. Beyaz fosfor, yumuşak mumumsu,
beyaz-sarı renkli ve çok zehirlidir. Elli miligram alınırsa ölüme neden
olur. P4 molekülü halindedir. Çok kolay tutuşur. Kırmızı fosfor, beyaz
fosforun 250C ye ısıtılmasıyla elde edilir ve zehirsizdir. Fosforun tüm
reaksiyonlarını biraz daha yüksek sıcaklıklarda verdiği için beyaz
fosfor yerine reaksiyonlarda kırmızı fosfor kullanılır. Kırmızı fosfor tam
aydınlatılmamış karışık polimerik bir yapıya sahiptir. Oda sıcaklığında
kararlıdır, ancak 400C de tutuşur. Fosforun üçüncü allotropu siyah
fosfor, kristal yapıdadır, metalik özellik gösterir ve elektriği iletir. Beyaz
fosforun birkaç gün 35.000 atm de katalizör altında ısıtılmasıyla elde
edilir.
Fosfor, P4
Kükürt rombik ve monoklinik kükürt olmak üzere iki allotropu halinde
bulunur. Oda sıcaklığında kararlı olan allotropu rombik kükürttür ve çok
yavaş ısıtıldığında 96.5C de monoklinik kükürde dönüşür. Her iki
allotropunda da kükürt S8 molekülü halindedir. Oda sıcaklığında rombik
kükürt açık sarı renkli, kokusuz ve tatsız kristal bir katıdır. Monoklinik
kükürdün e.n: 119C dir. Sıvı kükürt, ısıtmaya devam edildiğinde ilginç
bir özellik gösterir ve 160-187C lerde viskozitesi artar (polimerleşir).
Eğer bu sıvı kükürt 200C civarına hızla soğutulup suya dökülürse
sünek plastik bir malzeme elde edilir. Bu oda sıcaklığında daha sonra
yavaş yavaş rombik kükürde dönüşür.
Kükürt, S8
Frasch usulü ile kükürt çıkarılması
Kükürtün
bileşikleri ve
yükseltgenme
değerlikleri.
SEKİZİNCİ HAFTA
Halojenler:
Flor, Klor, Brom, İyot, Astatin
Yeryüzünde suda çözünen tuzları halinde bulunurlar. Bu yüzden
yağmur suları ile deniz ve göllere birikirler. Genellikle tuzların
elektrolizi ile elementleri elde edilir. Hepsi ametaldirler.
Halojen, tuz üreten anlamına gelir. Periyodik tabloda en yüksek
elektronegatiflik değerine sahip olan flor halojenlerin ilk üyesidir.
Klor, brom, iyot ve astatin gitgide azalan elektronegatifliğe sahiptir.
Astatin radyoaktif olduğundan doğada mevcut değildir. Flor açık
sarı, klor sarı yeşil gaz, brom kırmızı-kahverengi sıvı ve iyot mor
siyah katıdır.
Halojenler:
Flor, Klor, Brom, İyot, Astatin
Klor Bileşikleri
Brom Bileşikleri
İyot Bileşikleri
Laboratuarda
klor gazının
elde edilişi.
Halojenlerin birbiriyle yaptığı bileşikler
Halooksoasitlerinin isimleri ve molekül şekilleri.
Metaller; s-bloku metalleri, p-bloku
metalleri. Çinko ailesi metalleri.
DOKUZUNCU
HAFTA
Metaller, metalik özellik denilen üstün ısı ve elektrik iletkenliği, malzeme
özelliği-kalıplanabilme, şekil verme tel ve levha haline getirilebilme-
özellikleri göstermeleri bakımından büyük önem taşırlar. Metalik parlaklığa
sahiptirler, ışığı yansıtırlar. Bileşiklerinde daima pozitif değerliğe sahiptirler.
Elementel halde iken elektron alıp anyon hale geçemezler. Oda
sıcaklığında cıva hariç katıdırlar. Yoğunlukları yüksektir. (3-19 g/cm3
arasında değişir). Yarı iletkenler elektronik endüstrisinde pek büyük bir
önemi ve yeri olan elementlerdir. Özellikleri metal ve ametaller
arasındadırlar. Görünüşleri ile metal gibi görünürler ama kimyasal
reaksiyonlarda ametaller gibi davranırlar. Oda sıcaklığında katıdırlar. B, Si,
Ge, As, Sb, Se, Te yarı metaldirler. Yarı metallere aynı zamanda yarı
iletkenler adı da verilir.
METALLER VE YARIMETALLER
En dış tabakadaki (değerlik elektronları) s-orbitallerinde bulunan
metallerdir. Li-ailesine alkali metaller, Be-ailesine de toprak alkali
metaller adı verilir. Genellikle alkali metaller diye de anılırlar.
Lityum ailesi: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr reaksiyon yeteneği en yüksek
olan metallerdir. Berilyum ailesi: Be, Mg, Ca, Sr, Ba ve Ra dur.
Toprak alkali metalleri adı da verilir. Radyum radyoaktiftir. Be-ailesi
metalleri bileşiklerinde +2 değerliklidirler.
s-Bloku Metalleri
s-Bloku metallerin bazı bileşiklerinin endüstriyel önemi büyüktür.
NaOH (kostik soda): Kimya ve kağıt endüstrisinde, alüminyumun elde
edilişinde, petrolde istenmeyen kükürdün ayrılmasında, sabun ve deterjan
sanayisinde,
Na2CO3 (Soda külü): Temizleyicilerde, kimyasal maddelerin yapılmasında,
cam sanayisinde, suların sertliğinin giderilmesinde,
NaHCO3 (Pişirme sodası): Kağıt sanayisinde, yiyeceklerde kabartma tozu
olarak ve yangın söndürmede,
CaO (Sönmemiş kireç), Ca(OH)2, (Sönmüş kireç): Metallerin elde
edilmesinde (metalürjide), harç ve çimento yapımında,
MgO (Mağnezya): Ateş tuğlası, yalıtkan, kağıt sanayisinde hayvan yeminde
ve çöktürücü olarak,
MgSO4.7H2O(İngiliz tuzu): Müshil ilacı olarak tıpta, dericilikte kullanılırlar
s-Bloku Metallerin Bileşikleri
NaCl nin
elektrolizi ile
sodyum elde
edilişi (Downs
hücresi).
Alev denemeleri ile tanınırlar. Bileşik veya elementel halde
bunzen alevinde Li turuncu, K menekşe, Na sarı, Ba yeşil, Sr
kırmızı ve Ca tuğla kırmızısı renkle yanarlar. Alkali metallerin
tuzları hemen hepsi suda çözünürler. Toprak alkali metal
karbonat ve sülfatları suda az çözünürler.
s-Bloku Metallerin Tanıma
Reaksiyonları
En dış elektronları p-orbitallerinde olan metallerdir. Bunlar Al, Ga,
In, Tl, Sn, Pb ve Bi dir. III-A grubu metalleri Al, Ga, In, Tl dur.
Galyum, indiyum ve talyumun +3 değerlikli bileşikleri kuvvetli
yükseltgen olarak etki ederler.
In, Tl +1 değerlikli halde de bulunurlar. Alüminyum hafif parlak
kolay işlenen bir metaldir. Mutfak eşyaları yapılan korozyona
uğramayan bir malzemedir.
p-Bloku Metalleri
Alüminyum toz halde demir-3-oksidi elementel demire
indirgeyerek büyük miktarda ısı açığa çıkarır ve bu esnada
indirgenmiş olan demir erir. Bu reaksiyona termit
reaksiyonu denir ve kaynakçılıkta kullanılır:
Alüminyumun erimiş boksit ve kriyolitten elektroliz
yoluyla elde edilişi.
Alüminyumun
amfoter
özelikleri
Çinko ailesi metalleri çinko, kadmiyum ve cıvadır. Geçiş
elementlerinin hemen bitiminde yer aldıklarından son geçiş
elementleri diye de adlandırmaları yapılmaktadır. En dış
görüngeleri d10s2 elektronik yapısına sahip oluşları nedeniyle
s-bloku metalleri ile benzerlik gösterirler. En fazla +2 değerlikli
olabilirler. Zn ve Cd sadece +2, cıva +1 ve +2 değerlikli
olabilir. Toprak alkali metallerine benzerler. Fakat onlara göre
daha elektronegatiftirler ve daha düşük erirler.
Çinko Ailesi Metalleri
Metallerin tüm bileşiklerinin iyonik bağ yaptığını düşünürüz.
Çoğunlukla bu doğrudur fakat her zaman değil. Özellikle alkali
metallerinden sonra gelen toprak alkali, geçiş metalleri, p-
bloku metalleri ve yarı metaller kovalent bağlı bileşiklere
meylederler. Aslında % 100 iyonik bileşikler deyimini
kullanmak bile doğru değildir. İyonik bileşiklerde her zaman bir
kovalent bağ karakteri çok az bile olsa hep mevcuttur. Çünkü
kovalent bağ, bir katyonun bir anyonun elektron bulutunu
deforme etmesi şeklinde oluşur.
Metallerde Kovalent Bağlanma Özellikleri
Berilyum, bir elektronunu klor atomuna verip klorür
anyonu meydana gelince berilyum katyonu bu klorür
anyonunun elektron bulutunu deforme eder (şeklini
bozar).
++ - deformasyon+ -
kovalent bağ
Kovalent bağa meyletme özellikleri
1. İyon yarıçapı küçük ve aynı zamanda yüksek değerlikli
katyonlar kovalent bağa daha fazla meylederler.
2. Her periyotta soldan sağa gidildikçe iyon yarıçapı
azaldığından kovalent bağ karakteri artar.
3. Bağ yapan iki atomun elektronegatiflik değerleri arasındaki
fark büyüdükçe iyonik karakter artar.
4. Anyonun çapının büyümesi de kovalent bağa yardımcı olur.
5. Anyon yükünün artışı kovalent karakteri artırır.
Geçiş metalleri. Krom, mangan, demir, kobalt, nikel.
Kompleks bileşikleri. Geçiş metallerinin reaksiyonları.
ONUNCU HAFTA
Geçiş metalleri bakır, demir, altın, gümüş gibi çok eskiden beri
bilinen metalleri içine alır. Periyodik tabloda ikinci baş grup
elementleri ile üçüncü baş grup elementleri arasında kalan
elementlerdir.
Bunların en önemli özellikleri elektron yapılarındadır. En dış
tabakalarından başka iç tabakalarında da elektron dolmamış
tabakalar bulunur. d-orbitalleri sırasıyla dolan metallere d-
geçiş metalleri, f-orbitalleri sırasıyla dolan metallere de f-geçiş
metalleri denir.
Geçiş Metalleri
Geçiş metallerinin genel özellikleri
Tipik metaldirler,
Değişik yükseltgenme basamaklarında bulunabilirler,
Paramagnetik ve ferromagnetik (Fe, Co, Ni, Mn) özellik
gösterirler,
Kompleks bileşikler verirler.
Geçiş Elementlerinin Reaksiyonları
1. Kompleks bileşiklerin elementlerle reaksiyonlarında
örneğin oksijenle reaksiyona girdiğinde oksitlenir ve
reaksiyon durur. Manganın oksijenle reaksiyonu böyledir.
Yüksek sıcaklıkta mangan; flor, klor, azot ve oksijenle
reaksiyona girer. Toz halinde iken reaksiyon kabiliyetleri
artar.
Geçiş Elementlerinin Reaksiyonları
2. Asit ve bazlarla reaksiyonlarda da hemen koruyucu bir
tabaka ile kaplanır. Örneğin derişik nitrik asit demir, kobalt ve
nikeli hemen pasifleştirir, ileri bir kimyasal reaksiyonu önler.
Tüm platin grubu metaller (Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt) asit ve sulu
bazlara karşı direnç gösterirler.
Geçiş Elementlerinin Reaksiyonları
3. Sulu çözeltilerde çoğu geçiş metal katyonu kompleks iyonları
halinde ve değişik renklerde bulunur.
Mavimsi renkli sert, kırılgan, çok parlak ve korozyona çok
dayanıklı bir metaldir.
Kromit (FeCr2O4) cevheri halinde bulunur. Çelik esas olarak
demir, krom ve nikel alaşımıdır. Kromit cevheri doğrudan demire
katılarak demir krom (ferrokrom) çelikleri yapımında kullanılır.
Krom, krom kaplama, çelik alaşımlarında, CrO3 (krom-6-oksit)
kaplama banyolarında, boya, yükseltgeyici, Na2CrO4,
Na2Cr2O7, K2Cr2O7; boya, deri tabaklama, korozyon önleyici,
alüminyum anot ve boya üretiminde kullanılır.
Krom, Cr
Gümüşi, hafif pembe renkli kırılgan bir metal. Kırılgan özellikli
ve dövülebilir özellikli değişik allotroplara sahiptir. Kromdan
farklı olarak nemli havada korozyona uğrar. Bitki ve
hayvanlarda esas eser element olarak bulunur. Pirolüzit siyah
MnO2.xH2O yeryüzünde bulunan en belli başlı filizidir.
Yükseltgenme sayısı genellikle +2, +4, +7 dir (kromun +2, +3,
+6 dır).
Mangan, Mn
Çok eskiden beri bilinmekte olan ve yeryüzünde en bol
bulunan metaldir. Açık havada kolayca paslanır. Pası pul pul
dökülüp metalin kolayca aşınıp tükenmesine yol açar.
Paslanmayı önlemek için a) yağlı boya ile boyayıp metalin
hava ile temasının önüne geçilir, b) çinko ile kaplanır, c)
kendinden daha aktif bir metal bağlanır (katodik koruma).
Örneğin denize indirilen gemilerin saç (demir levha) kısmına
magnezyum blokları bağlanır. Böylece bir galvanik pil oluşur.
Daha aktif bir metal olan magnezyum, anot olup aşınırken
demir levha katot olup herhangi bir aşınmaya uğramaz.
Demir
Yüksek fırında
metalik demirin
filizlerinden elde
edilişi
Demirin en önemli alaşımı çeliktir. Demirin; C-Cr-Mn-Ni gibi
elementlerle yaptığı çok çeşitli alaşımlarının tümüne birden
çelik adı verilir. Çelik, dayanıklılığı, parlaklığı, işlenme
kolaylığı bakımından çok kullanılan bir malzemedir.
Çelik
Kobalt ve nikel, yüksek mıknatıs özelliğine sahip alniko (Fe-
Al-Ni-Co alaşımı) ve ameliyat aletlerinin yapıldığı stellit (Cr-
Co-W alaşımı) ve madeni para gibi kıymetli alaşımların
yapıldığı elementlerdir.
Kobalt ve Nikel
Bakır, gümüş, altın. Elde edilişleri ve kimyasal
reaksiyonları.
ONBİRİNCİ HAFTA
Tipik metaldirler. İyi iletkendirler. Gümüş beyazdır, altın ve bakır
kırmızı renklidir. Çok ince tel ve levha haline getirilebilirler. Çok parlak
ve güzel renkli oluşları süs eşyası olarak kuyumculukta ve çatal bıcak
sanayiinde kullanılmalarını sağlar. Bakır; elektrik ileten teller, borular
ve para yapımında, gümüş; çatal bıçak yapımında, para yapımında,
elektronik cihazlarda, fotoğrafçılıkta, ayna yapımında ve
kuyumculukta kullanılır. Altın; kuyumculuk, fotoğrafçılık, yansıtıcı
pencereler ve elektronik cihazlarda kullanılır. Gümüş ve altın çok iyi
iletken olmasına rağmen bakır en ucuz iyi iletken olarak kullanılır.
Bakır, Gümüş, Altın (Cu, Ag, Au)
Bakır doğada, malahit CuCO3.Cu(OH)2, kalkopirit CuFeS2 gibi
hidroksit ve sülfür filizleri şeklinde bulunur. Filizlerin yüksek
fırında kok ile karbon monoksit üzerinden indirgenmesi ile ham
bakır ele geçer. Ham bakır anot olarak bağlanarak elektroliz
yoluyla saflaştırırlır ve altın, platin, gümüş gibi kıymetli maden
safsızlıklarını anot çamuru olarak bırakır.
Bakır
Elektrolitik bakır ham bakırın elektroliziyle elde edilir:
Pirinç : Cu-Zn
Bronz : Cu-Sn
Alman gümüşü : Cu-Zn-Ni
Nikel para : Cu-Ni (% 75)
Altın (18 ayar) : Cu-Au-Ag
Menekşe altın : Au-Al
Beyaz altın : Au-Pd-Ni (veya Zn)
Bazı altın, gümüş ve bakır alaşımları :
Çağdaş fiziğin en ilginç olaylarından sayılan süper iletkenlik
H.K. Onnes tarafından 1911 de cıvanın sıvı helyum içinde (4K
de) direncinin sıfır oluşuyla keşfedilmiştir.
Süper iletkenlik
ONİKİNCİ HAFTA
Yarı metaller; bor, silisyum,
germanyum, arsenik. Elde edilişleri
ve kimyasal reaksiyonları.
(B, Si, Ge, As, Sb, Se, Te)
Yeni teknolojinin bize sunmuş olduğu bilgisayarlar, video oyunları,
konuşan arabalar; alarmlı saatler, ileri derecede programlanabilir
hesap makineleri katı hal (solid state) devriminin bir sonucudur. Katı
hal elektronikte yarı iletken elementlerden yapılmış çok küçük
cihazlarla elektrik sinyallerinin oluşturulduğu, gücünün artırıldığı veya
kontrol edildiği anlamına gelir. 1950 lerde keşfedilen katı hal fikrinden
önce radyo lambaları gibi yukarıda sayılan özellikleri yerine getiren
parçalar, vakum yapılmış paslanmaz metal ısıtıcılar bulunan elektron
tüplerinden ibaretti. Bu yüzden radyoları çok büyük yapmak
gerekiyordu (61 ekran TV boyutunda). Halbuki transistorlar,
doğrultucular ve diyotlar bu görevlerini birtakım ısıtıcı tellere, vakuma,
değiştirebilir parçalara ihtiyaç göstermeden ve çok küçük bir yer işgal
ederek yerine getirirler. Böylece elektronik malzemelerin boyutları
büyük oranda küçültülmüş oldu.
Yarı Metaller (yarı iletkenler)
Yarı metaller bazı
elementlerle birleşirler:
Yarı metaller su ve oksitleyici olmayan asitlerle reaksiyona
girmezler. Derişik oksitleyici asitlerle reaksiyon verirlerken, nitratlar
ve sülfatlar indirgenirler, erimiş alkali hidroksitlerden hidrojen açığa
çıkarırlar.
Yarı metallerin reaksiyonları
Yarı metal oksitleri metallere benzer şekilde
asidiktir veya amfoterdir, bazik değildirler:
Bor, tabiatta boraks (Na2B4O7.10H2O), kolemanit
(Ca2B6O11.5H2O) mineralleri halinde bulunur. Oksidinin
magnezyum ile indirgenmesiyle elementel bor elde edilir:
B2O3(k) + 3Mg(k) 2B(k) + 3MgO(k)
Bor hidrürleri enteresan bileşiklerdir, çok reaktiftirler
(reaksiyon vericidirler). Kendiliğinden yanarlar. Su ile borik
asit ve hidrojen verirler.
Bu bileşiklerde bor atomları arasındaki hidrojen
atomları üç merkezli bağa sahip (iki kovalent bağ)
yapar şeklinde bulunurlar.
H
B
H
H
B
H
HB
H
B
H
H
B
H
HH B
H
H
B
H
H
B2H6 B4H10 (dekaboran)
Silisyum, SiO2(silis) veya SiO32- (silikat) bileşikleri halinde
tabiatta bulunur. Kum büyük oranda SiO2 dir ve karbonla
indirgenerek silisyum elde edilir.
3000C
SiO2 (k) + 2C (k) Si (s) + 2CO
(g)
(Silikon polimeri)Si
CH3
CH3
O Si O
CH3
CH3n
Silikon polimerleri endüstride çok önemlidir.
Cam; amorf, aşırı soğumuş sıvıdır. Seramikler camdan
çoğunlukla, kaolin grubu mineralleri: Al2Si2O5(OH)4
içermeleri, şekil verilebilmeleri ve pişirilebilmeleri
bakımından ayrılırlar. Çimento, kalsiyum alüminyum
silikatlar halinde olup su ile sertleşip beton yapımında
kullanılır.
Arsenik ve antimon sülfürlü bileşikleri halinde tabiatta
bulunurlar.
Antimon ve arseniğin ikişer allotropu vardır. Gri olanları yarı
metal, sarı olanları amorftur, ametalik özelliktedir. Her iki
türün de bileşikleri yüksek
derecede zehirlidir.
Arsenik hidrürleri arsin AsH3, antimonunki sitibin SbH3 dür.
Arsenik ve antimon
Metalik Bağlanma
Lityum Li, Li2, Li3, Li4 ve LiN atomlu moleküller
yapıyormuş gibi metalik bağlanmayı ortaya koyar
Çekirdek kimyası. Radyoaktiflik. Çekirdek reaksiyonları.
ONÜÇÜNCÜ HAFTA
Çekirdeğin yapısı ile ilgili ilk bilgiler radyoaktifliğin keşfi ile başlar.
H.Becquerel, 1892 yılında, radyoaktifliği tesadüfen buldu. Bir
uranyum bileşiğinin (K2SO4.UO2SO4.2H2O) yanında karanlıkta
kağıda sarılı olarak duran fotoğraf plakalarının kararması
radyoaktifliğin ilk işareti olmuştu. Daha sonra radyoaktifliği büyük
çapta bilime kazandıran radyum ve polonyumu keşfeden Curie’lerin
(Marie ve Pierre Curie, kızları Irene ve damatları Frederic Joliot
Curie) çalışmaları gelir. Bu sahada ayrıca Rutherford, Soddy, Fermi
ve daha birçok bilim adamının çalışmaları da önemli bir yer tutar.
ÇEKİRDEK KİMYASI
Kütle, enerji ve çekirdek enerjisi
Evrenin toplam enerjisi sabit olduğu fikrinden yola çıkarak
A.Einstein 1905 yılında madde ve enerji arasındaki ilişkiyi
(relativity: görelik teorisi) ortaya koydu:
Radyoaktiflik, kararsız çekirdeklerin kendiliğinden parçacıklar
ve/veya elektromanyetik radyasyon yaymalarına (ışıma),
radyoaktiflik denir. Tabiatta mevcut olan uranyum, radyum gibi
elementlerin çekirdeklerinin parçacıklar ve/veya ışımalar
yaymalarına doğal radyoaktiflik, laboratuarlarda yapay olarak
elde edilen izotopların radyoaktifliğine de suni (yapay)
radyoaktiflik denir. Elementlerin üçte biri doğal radyoaktif
izotoplarına sahiptirler. Bizmuttan daha ağır izotopların hepsi
radyoaktiftir.
Radyoaktiflik
Radyoaktif bozunma I. mertebeden bir reaksiyondur.
Aktiflik, bir radyoaktif kaynaktan birim zamanda
yayınlanan ışıma miktarıdır. Radyoaktifliği madde miktarı
veya aktiflikteki değişme cinsinden ifade edebiliriz.
Log qo/q = kt/2.303 veya log ao/a = kt/2.303
qo : başlangıçtaki madde miktarı
ao : başlangıçtaki aktiflik
q : bir t zamanı sonundaki madde miktarı
a : bir t zamanı sonundaki aktiflik
k : reaksiyon hız sabiti
Radyoaktif Parçalanma Kinetiği
Yarılanma ömrü, radyoaktif elementlerde bilinmesi gereken en önemli
bir özelliktir. Çünkü yarılanma ömrü, radyoaktif izotopların kararlılığının
bir ölçüsüdür. Yarılanma ömrü çok büyük olan bir izotop küçük olana
göre daha kararlıdır. Yarılanma ömrü:
t ½ = 0.693 / k
bağıntısıyla verilir.
Yarılanma Ömrü, t ½
Canlılar yaşadıkları sürece bünyelerinde belirli bir 14-C (radyoaktif)
ve 12-C (kararlı) izotopları oranına sahiptirler. Canlı yaşadığı sürece
14-C izotopunun aktifliği 15.3 ışıma/dak g karbon olarak sabit kalır.
Ancak canlı öldüğü andan itibaren çevreden karbonlu bileşik vücuda
alamadığından dolayı 14-C’nun aktifliği azalır. Cansız kütlelerin,
dünyamız ve ayın yaşı da 238U nun bozunma sonucu 206Pb ye
dönüşen oranı dikkate alınarak hesaplanır.
Radyoizotopla ömür belirlenmesi
Çekirdek reaksiyonları, dört ana kısımda incelenir. 1. Doğal veya
suni radyoaktif izotopların kendiliğinden ışımalar yaparak
bozunmaları, 2. Bombardıman reaksiyonları ki bunda
elektromagnetik radyasyon veya hızlı parçacıklar bir çekirdek
tarafından yakalanır ve kararsız hale gelen bu çekirdek bu defa
kendiliğinden bozunmaya başlar, 3. Kararsız ağır çekirdeklerin
parçalanması (fisyon), 4. Doğal olarak yıldızlarda ve güneşte
meydana gelen hafif çekirdeklerin birleşmesi (füzyon).
Çekirdek Reaksiyonları
Tüm kendiliğinden bozunmalarda
bu ışımaların hepsinin birden
olması şartı yoktur. Belki sadece
biri veya ikisi bazen de üçü birden
oluşabilir. -ışınlarının deliciliğini
bir kabul edersek ışımasının
100, ışımasının ise 10000 dir.
Somut bir örnek olarak; ışınları
bir insanın elbisesini delip
geçemez, ışınları elbiseyi deler,
fakat deride kalır. ışınları ise
insan vücudunu baştan sona
deler geçer.
Geiger
Sayacı
Radyasyon, Geiger sayacı ile ölçülür. Bir Geiger cihazının şeması Şekil
15.3 de gösterilmektedir. Tüp içine pencereden giren radyasyon argon
gazını iyonlaştırır ve bu iyonların anot ve katoda doğru gidip
yapışmasıyla akım geçer. Bu geçen elektrik akımı ölçülür ve radyasyon
birimine dönüşmüş olarak sayaçtan okunur.
Organik kimya,
polimerler ve biyokimya.
ONDÖRDÜNCÜ HAFTA
1800’lü yılların başlarında kimyacılar canlı organizmalar tarafından
üretilen biyokimyasal maddeleri organik maddeler canlı organizma
tarafından üretilmeyen diğer maddeleri de inorganik maddeler diye
sınıflandırıyor ve organik maddelerin hayati bir güce sahip olduğunu
sanıyorlardı. Ancak 1828 de Wöhler’in üreyi ve 1845’de de Kolbe’nin
asetik asidi tamamen inorganik maddelerden sentezi bu inancı
çürüttü. Bunun sonucu olarak organik maddeler hayatla ilişkili
olamazdı. Gerçekte organik kimya karbon bileşiklerinin incelenmesini
içine alır. İnorganik kimya da karbon içermeyen bileşikleri inceler.
Ancak CO32- ve CN- anyonlarını içeren bileşikler inorganik kimyanın
içine girer.
Organik Kimya ve Organik Maddeler
İzomer 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.
H2N C C OH
OH
R
+ H2N C C OH
OH
R
NH C C NH
OH
R
H ( C C OH
OH
R
)
peptid bağlarıa-karbon (karboksil grubuna enyakın komşu karbon atomu)
Bazı amino asitler
H2N C C OH
OH
H
H2N C C OH
CH3
H O
H2N C C OH
CH2
H O
OH
Glycine (Gly) Alanin (Ala) Serin (Ser)
NH2 C COH
OH
CH2
H
SH
NH2 C C
OH
O
CH2 C
O
HNH2(CH2)4C C
O
OH
H
NH2
Sistein (Cys) Aspartik asit (Asp) Lisin (Lys)
Enzimler: Biyokimyasal reaksiyonları katalizlerler.
Yapısal proteinler: Virüs örtü proteinleri, böcek ipekleri, koruyucu
dokular hücre duvarı proteinleri (deri, saç, tüy, tırmak, boynuz v.s.)
Taşıyıcı Proteinler: (Hemoglobin), membran proteinler: tüm
hücrelerde ve hücrelerarasında mevcut proteinler. Depo
proteinler: lazım olduğu zaman amino asitleri salıverirler. Süt
proteini: kazein ve yumurta beyazı (albumin), hormonlar:
metabolizmayı ve büyümeyi düzenlerler.
Gerici proteinler: Kas liflerindeki proteinler.
Nükleik asitler: Genlerin yapıldığı moleküllerdir.
Bazı protein çeşitleri
Vücutta enzimlerin görevine yardımcı olan maddelerdir. A,
B, C, P, K, E, H vitaminleri olarak çok çeşitlidirler. Tiyamin
(B1), Riboflavin (B2), Pridoksin (B6), Niyasin (P), Biyotin
(H), Askorbik asit (C), Retinol (A), Kalsiferol (D), Tokoferal
(E), Menadion (K) vitaminleri bazı önemli vitaminler olup
başlıca et, süt, yumurta, tahıl sebze ve meyvelerde
bulunurlar. Çok önemli hayati işlemler için mutlaka her gün
alınmalıdırlar.
VİTAMİNLER