kimya ve madde

KİMYA VE MADDE
Giriş
Kimya
nedir?
Maddelerin özelliklerini, kullanışlarını, değişmelerini ve bu
değişmeler sırasında ortaya çıkan enerji sorunlarını
inceleyen bir bilimdir.
Kimya Dalları?
Anorganik Kimya, Organik Kimya, Fizikokimya, Analitik
Kimya ve Biyokimya şeklinde sıralamak mümkündür.
Kimya ile doğrudan veya dolaylı olarak ilgisi olmayan bir
bilim dalı düşünmek mümkün değildir. Özellikle mühendislik
alanında, kendilerinden daima yararlanılan veya tekniğin
konusu olan malzemeler birer kimya ürünüdür.
Kimyanın esas konusunu “Madde” teşkil etmektedir.
1
TEMEL KAVRAMLAR
Madde
Nedir
Madde ?
Kütlesi olan ve bir yer işgal eden her şeydir. Demir, tahta,
su, hava v.s. gibi.
Madde
Sıvı
Gaz
Katı
Element
Bileşik
Karışım
Belirli
Madde?
Değişik halde kimyasal özellikleri daima aynı olan bir maddeye
denir. Örneğin, saf su.
Homojen Madde? - Petrol
Heterojen Madde? – Buzlu Su
2
Element

Element Nedir?
Önceleri aynı cins atomlardan oluşan ve kendisinden başka
bileşene ayrılamayan saf maddeye denirdi. Halbuki aynı bir
elementin atomlarında nötron sayısı gibi bazı farklılıkların
olduğu anlaşılmıştır.
Günümüzde ise Element; atom numaraları aynı olan, tek tür
atomdan oluşmuş saf madde olarak tanımlanır.
Elementler
90 tanesi doğada bulunur
Metal (72)
Yarı Metal (9)
Ametal (18)
3
Tablo - 1.1 Metal ve ametallerin genel özellikleri
Kimyasal Özellikler
Metal
Ametal
1-Elektron verirler
2-Pozitif elektrik yüklü
iyon haline geçerler
3-Asitlerin hidrojeni ile
yer değiştirebilirler
4-Ametaller ile birleşirler
5-Oksitleri bazları oluştururlar
1-Genellikle elektron alırlar
2-Negatif yüklü iyon haline
geçebilirler
3-Asitlerin hidrojeni ile yer
değiştiremezler
4-Kendi aralarında ve metallerle
bileşik yapabilirler.
5-Oksitleri asitleri oluştururlar.
Fiziksel Özellikler
1.Isı ve elektriği iyi iletirler.
2. Hg hariç hepsi oda sıcaklığında katıdır.
3. Asit çözeltileriyle çoğu H2 gazı açığa çıkarırlar.
4. Kendi aralarında bileşik yapamazlar,
fiziksel bir karışım olan alaşımları
oluştururlar. Örneğin prinç (Cu-Zn), tunç
(Cu-Sn) , çelik (Fe-C-Cr...), 18 ayar altın (%75
altın-%25 Cu)
5. Yüzeyleri parlaktır.
6. Dövülebilir, tel ve levha haline getirilebilirler.
7.Genellikle yoğunlukları yüksektir.
1. Oda sıcaklığında çoğu gaz halindedir.
2. Sulu asitlere çoğu etki etmez.
3. Yüzeyleri mattır.
4. Kırılgandırlar.
5.NŞA katı ve gaz haldedirler
6.Genellikle yoğunlukları düşüktür
7.Isı ve elektrik iletkenlikleri iyi değildir
Örnek
Fe
Al
Au
Cr
C
N
S
P
4
Bileşik
Farklı elementlerin bir takım kimyasal birleşme kanunlarına
uyarak ve kendilerinden tamamen değişik özelliklere sahip
maddelere bileşik adı verilir.
2 Na + Cl2 ---- 2 NaCl
Tepkime sonucu oluşan NaCl bileşiği Na ve Cl elementlerinden
tamamen farklı özelliklere sahiptir.
Karışım
İki veya daha fazla element veya bileşiğin hiç bir kimyasal reaksiyon
meydana getirmeden, yani kendi özelliklerini kaybetmeden, birbiri
içerisinde dağılmaları sonucu oluşan kütleye karışım denir.
Karışımlar
Homojen (Çözelti)
Şekerli-su
Heterojen
(Çamurlu-su)
5
Atom
Bir
elementin tüm özelliklerini taşıyan en küçük yapı taşına denir.
Örneğin, demir elementi atomlarının tüm özellikleri aynıdır. Fakat
kükürt elementinin atomlarından farklı özelliktedirler.
Atom
numarası: Atomun taşıdığı proton veya elektron sayılarına
eşittir.
Kütle numarası: Bir element atomunun çekirdeğinde bulunan
proton ve nötron sayılarının toplamına denir.
Bir element atomunun çekirdeğindeki proton sayıları aynı nötron
sayıları farklı olabilir. Böylece aynı elementin farklı kütle
numarasına sahip atomları ortaya çıkar. Bu atomlara söz konusu
elementin “izotop atomları” denir. Örneğin, Demir elementinin
bilinen en önemli dört izotopunu şu şekilde belirtmek mümkündür.
54 Fe % 6.04 56 Fe % 91.57 57 Fe % 2.11 58 Fe % 0.28
54
26
Fe,
56
26
Fe,
57
26
Fe,
58
26
Fe
6
Molekül
Maddenin
kendine özgü özelliklerini taşıyan ve birden fazla aynı
veya farklı cins atomlardan oluşan birimine “molekül” denir.
Molekül kavramı;
 Bileşikler için………H2O, C2 H5 OH, C6H12O6, C10 H8 (su ile
alkol gibi sıvılar ve şeker ile naftalin gibi katılar)
Elementler için….... O2, CO2 (Oksijen, karbondioksit gibi
gazlar)

Allotropi
Bir elementin kimyasal özellikleri aynı fakat fiziksel özellikleri farklı
olması haline “allotropi”, ortaya çıkan ürüne de “allotrop” denir.
O2 ve O3  Oksijen
grafit ve elmas  Karbon
Allotropi; izotop gibi mikro bir farklılık olmayıp, element veya bileşiği
oluşturan atom ya da moleküllerin birbirlerine değişik biçimlerde
7
bağlanmalarından ortaya çıkan makro bir farklılık olmaktadır.
Mol Kavramı
Avogadro sayısı (N=6,02.1023) kadar gerçek atom içeren elementin
miktarına “1 atom-gram” denir. Yahut, herhangi bir bileşik veya gazın
Avogadro sayısı kadar molekülünü içeren miktarına “1 molekül-gram”
denir.
Bu ifadeler yerine kısaca “mol” terimi kullanılır. Herhangi bir maddenin
mol sayısı şöyle bulunmaktadır.
Mol sayısı (n) 
Ağırlık
m

Molekül Ağırlığı
MA
Bağımsız moleküllerden oluşmamış, özellikle iyonik yapılı bileşikler için
molekül ağırlığı terimi yerine “formül ağırlığı” ifadesinin kullanılması
daha uygundur.
Ancak, pratikte daha çok formül ağırlığı yerine molekül ağırlığı kavramı
kullanılmaktadır. Buna paralel olarak da “1 formül-gram” yerine “1
molekül-gram” terimi ve dolayısıyla kısaca “mol” ifadesi kullanılmaktadır.
Buna göre,
Mol sayısı (n) 
Ağırlık
m

Formül Ağırlığı
FA
8
Avogadro Hipotezi
hipotezi: Aynı sıcaklık ve basınç şartlarında
bütün gazların eşit hacimlerinde eşit sayıda molekül vardır.
O halde “aynı şartlarda eşit hacim işgal eden çeşitli gazların
ağırlıklarının oranı molekül ağırlıklarının oranına eşittir”
denilebilir.
Avogadro
m1
n1 
MA
n2 
m2
MA 2
n1 = n2
m1
m2

MA 1 MA 2
veya
m1 MA 1

m 2 MA 2
yazılabilir.
“Bütün gazların normal şartlar altında (0 °C ve 1 atm) birer
mollerinin işgal ettikleri hacimler birbirine eşit olup 22,4
litredir”.
9
Kimyasal Denklem
2
2
Ba(çöz

SO
)
4( çöz )  BaSO4( k )
Böyle bir reaksiyonda, Ba+2 ve SO4-2 iyonları birleşerek bir katı madde
meydana getirirler ve çökerek çözeltiden ayrılırlar.
Kimyasal denklem, bu tür kimyasal olayları hem kalitatif (nitel) hem de
kantitatif (nicel) olarak kısa bir şekilde ifade etmeye yaramaktadır.
Tepkimeye girmeyen veya meydana gelmeyen kimyasal birimleri
denklemde göstermeye gerek yoktur. Örneğin Ba+2 iyonları BaCl2 den
SO4 iyonları da Na2SO4 tan gelmiş olabilirler. Fakat bunlar denkleme bu
şekilleri ile alınmamışlardır.
2H 2  O2  2H 2O
Reaksiyona giren ve meydana gelen madde miktarı, kimyasal birimlerin
önüne yazılacak katsayılarla belirtilir.
Kimyasal denklem; bir olayı kısa, doğru ve net bir şekilde belirtmeye
yarayan gösteriş biçimidir.
10
Ölçü Birimleri
Fizik ve kimyada kullanılan bütün birimler “uzunluk”, “kütle” ve “zaman”
birimleri olmak üzere üç esas birimden türetilmiştir.
Atom, molekül boyutları, bağ uzunlukları1 mikrometre (mikron = m) =
10 -6 m
Atomik mesafeler, ışık dalga boyları 1 angstrom (Ao) =10-8 cm =10-10 m
Gram: + 4 oC de 1 cm3 hacim işgal eden saf su miktarının kütlesidir.
Litre: Bir litre 1 kg suyun + 4 oC deki hacmidir. Çoğu hesaplamalarda
litrenin 1/1000 i olan mililitre kullanılır.
1 litre (L) = 1000 mililitre (mL) = 1000,027 cm3
dolayısıyla, 1 mL yerine göre 1 cm3 olarak alınmaktadır.
Yoğunluk: Birim hacminin kütlesi olarak tanımlandığına göre katı ve
sıvıların yoğunlukları g/cm3 ve g/mL olarak ifade edilirken, gazların
yoğunlukları ise, genellikle g/L ile belirtilmektedir.
11
KİMYASAL BİRLEŞME KANUNLARI
Maddenin Korunumu Kanunu
(Lavoisier Kanunu)
Bir kimyasal reaksiyonda reaktiflerin ağırlıkları toplamı, ürünlerin ağırlıkları
toplamına eşittir.
Madde yaratılamaz ve vardan yok olmaz. Örneğin, 74 gram sönmüş kireç,
Ca(OH)2, üzerinden 44 gram karbondioksit, CO2, geçirilirse 100 gram
kireç taşı, CaCO3, ile 18 gram su, H2O oluşur.
Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O
74
44
100
18
Reaktiflerin ağırlıkları toplamı (74+44=118), ürünlerin ağırlıkları toplamına
(100+18=118) eşittir.
Einstein’ın ileri sürdüğü E = mc2 ifadesine bağlı olarak kütleler ile enerjiler
birbirlerine dönüşebildiklerinden, kütlenin ve enerjinin korunumu kanunları
birleştirilerek bir bütün haline gelmektedir.
12
Sabit Oranlar Kanunu (Proust Kanunu).
Belirli bir bileşiği meydana getirmek için reaksiyona giren
elementlerin ağırlıkları arasında daima değişmeyen, sabit bir oran vardır.
Bu oran çalışma şartları, zaman ve ortama bağlı olmaksızın her
zaman sabittir.
Örneğin, metalik kalsiyumun oksijen ile birleşerek kalsiyum
oksiti oluşturması göz önüne alınabilir.
2 Ca + O2

2 CaO
Bu denkleme göre, daima 40 gram kalsiyum ile 16 gram oksijen
reaksiyona girecektir.
Sonuç olarak, bu iki element daima 40/16 = 2,5 oranında
birleşeceklerdir.
13
Örnek (1-1): 300 gram bakır tozu ile 128 gram kükürt tozu
karıştırılıp havasız bir yerde ısıtılırsa, kaç gram Cu ne kadar S ile
birleşir ve ne kadar CuS meydana getirir?
Çözüm:
Cu + S
63,5 32

CuS
95,5
32
300  151,18 gram
63,5
Bu değer, verilen kükürt miktarından fazla olduğuna göre, bakırın
tamamının reaksiyona giremeyeceği anlaşılmaktadır. Bu durumda,
300 g Cu ile birleşecek S miktarı :
128 g S ile birleşecek Cu miktarı: 63.5 128  254gram
32
Artan Cu miktarı : 300 - 254 = 46 gram
Oluşan CuS miktarı
:
95,5
128  382 gram
32
14
Katlı Oranlar Kanunu (Dalton Kanunu)
İki element birden fazla bileşik vermek üzere birleşebiliyorsa, bu
bileşiklerde yer alan elementlerden birinin sabit miktarıyla birleşen diğer
elementin kendi miktarları arasında basit ve tam sayılarla ifade edilen bir
oran vardır.
Örneğin, bakırın oksijen ile yaptığı birleşiklerden bakır-1 oksitte, Cu2O,
2.63,5 g bakır 16 g oksijen ile birleşmektedir. Bakır-2 oksitte, CuO, ise
63,5 g bakır 16 g oksijen ile birleşmiştir. Buna göre, birleşme oranlarını şu
şekilde yazmak mümkündür.
Cu 2 .63,5

O
16
Cu 63,5
CuO için birleşme oranı:

O
16
Cu2O için birleşme oranı:
Yazılan oranlara göre, oksijen elementinin sabit miktarıyla (16 gram)
birleşen bakır miktarı katlı olarak (2/1 şeklinde) değişmektedir.
15
Sabit Hacim Oranları Kanunu
İki gaz kimyasal bir bileşik vermek üzere (aynı sıcaklık ve basınç altında)
birleşirlerken, bu gazların hacimleri arasında belirli bir oran vardır.
Oluşan bileşik de gaz ise, bunun hacmi ile reaksiyona girenlerin
hacimleri arasında da yine basit bir oran vardır.
Örneğin, amonyak oluşum reaksiyonu göz önüne alınabilir.
N2 (g) + 3 H2 (g)
-
2 NH3 (g)
Avagadro hipotezine göre molce oran hacimce orana eşit olduğundan,
reaksiyona giren gazların hacimlerinin oranı,
Azot / Hidrojen = 1 / 3
olmaktadır.
16
Örnek (1-2) : Aynı koşullarda bulunan 40 litre azot gazı ile 60 litre
hidrojen gazı reaksiyona sokularak amonyak elde edilmektedir.
İşlem sonunda reaksiyona girmeyen bir gaz kalır mı? Kalırsa,
hangi gazdan kaç litre kalacaktır?
Çözüm:
N2 (g) + 3 H2 (g)
1 hacim 3 hacim

2 NH3 (g)
2 hacim
Reaksiyona göre, hidrojen gazı hacimce 1/3 oranında azot gazı
ile birleşmektedir.
1
Reaksiyona giren N2 hacmi : 60  20 litre
3
Geriye kalan N2 hacmi : 40 - 20 = 20 litre
17