Atomlar, Moleküller ve İyonlar
advertisement
Chemistry, The Central Science, 10th edition Theodore L. Brown; H. Eugene LeMay, Jr.; and Bruce E. Bursten Atomlar, Moleküller ve İyonlar Atoms, Molecules, and Ions Atomik Madde Teorisi Maddenin temel yapı blokları olan atom teorisi, 19. yüzyılın başlarında John Dalton önderliğinde yeniden ortaya çıkmıştır. Atoms, Molecules, and Ions Dalton’un Varsayımları Her bir element atom olarak adlandırılmış oldukça küçük taneciklerden oluşmuştur. Atoms, Molecules, and Ions Dalton’un Varsayımları Bir elementin tüm atomları kütle ve diğer özelliklere göre birbirinin aynıdır, ancak bir elementin atomları farklı bir elementin atomlarından farklıdır. Atoms, Molecules, and Ions Dalton’un Varsayımları Bir elementin atomları, kimyasal reaksiyonlar vasıtasıyla farklı bir elementin atomlarına dönüşmez; atomlar kimyasal reaksiyonlarla ne yok edilebilir ne de oluşturulabilirler. Atoms, Molecules, and Ions Dalton’un Varsayımları Bileşikler birden fazla elementin atomlarının birleşmesiyle oluşur; belli bir bileşik her zaman aynı bağıl sayı ve türde atoma sahiptir. Atoms, Molecules, and Ions Sabit Oranlar Yasası Joseph Proust (1754–1826) • Bir saf maddenin elementel kompozisyonu hiçbir zaman değişmez. Atoms, Molecules, and Ions Kütlenin Korunumu Kanunu Bir kimyasal proses sonucu var olan toplam saf maddenin kütlesi, proses meydana gelmeden önceki saf maddenin kütlesiyle aynıdır. Atoms, Molecules, and Ions Elektron • Katot tüpünden çıkan negatif yüklü tanecik akımıdır. • J. J. Thompson bu buluşuyla itibar kazanmıştır. (1897). Atoms, Molecules, and Ions The Electron Thompson elektronun yük/kütle oranının 1.76 108 coulombs/g olduğunu ölçümlemiştir. Atoms, Molecules, and Ions Millikan Yağ Damlacık Deneyi Bir kez elektronun yük/kütle oranı bilindiğinde, elektronun yük veya kütlesinden birinin belirlenmesi diğerinin bulunmasına olanak sağlar. Atoms, Molecules, and Ions Millikan Yağ Damlacık Deneyi Robert Millikan (University of Chicago) 1909 yılında elektronun sahip olduğu yükü belirlemiştir. Atoms, Molecules, and Ions Radiyoaktivite: • Bir atom tarafından gelişigüzel yayılan radyasyondur. • İlk kez Henri Becquerel tarafından gözlenmiştir. • Ayrıca Marie ve Pierre Curie tarafından da çalışılmıştır. Atoms, Molecules, and Ions Radyoaktivite • Ernest Rutherford tarafından 3 çeşit radyasyon tipi olduğu bulunmuştur: parçacığı parçacığı ışıması Atoms, Molecules, and Ions Atom,1900lü yıllarda: • “üzümlü kek” modeli, Thompson tarafından öne sürülmüştür. • Pozitif yüklü küre şeklindeki madde ve içine gömülmüş negatif yüklü elektronlar. Atoms, Molecules, and Ions Çekirdeğin Keşfi Ernest Rutherford parçacıklarını ince folyo altın plaka üzerine göndererek örnekteki partiküllerin saçılmasını gözlemledi. Atoms, Molecules, and Ions Çekirdek Bazı parçacıklar büyük açılarla saçıldığı için, Thompson’ın modeli doğru olamaz. Atoms, Molecules, and Ions Çekirdek • Rutherford; çok küçük ve yoğun çekirdek ile bunun etrafında atomun dışında bulunan elektronların olduğunu varsaymıştır. • Atom hacmini büyük çoğunluğu boşluktan oluşmaktadır. Atoms, Molecules, and Ions Atoms, Molecules, and Ions Diğer Atom altı Parçacıklar • Protonlar Rutherford tarafından 1919 yılında bulunmuştur. • Nötronlar James Chadwick tarafından 1932 yılında bulunmuştur. Atoms, Molecules, and Ions Atomaltı Parçacıklar • Sadece protonlar ve elektronlar yüke sahip parçacıklardır. • Proton ve nötronlar aslında aynı kütleye sahiptirler. • Elektronun kütlesi ise çok küçük olduğu için ihmal edilir. Atoms, Molecules, and Ions • • • • • İzotoplar, Atom Numaralar, ve Kütle Numaraları Atom numarası (Z) = çekirdekteki proton sayısıdır. Kütle numarası (A) = çekirdekteki toplam nükleon sayısıdır. (i.e., protonlar ve nötronlar). X elementi için toplam olarak, ZAX şeklinde yazılır. İzotoplar aynı Z’ye ancak farklı A’ya sahiptirler. Z’yi periyodik tablodan belirleriz. Atoms, Molecules, and Ions Elementlerin Sembolleri Element bir veya iki harfle sembolize edilirler. Atoms, Molecules, and Ions Atom Numarası Bir elementin tüm atomları aynı sayıda proton sayısına sahiptirler: Atom numarası (Z) Atoms, Molecules, and Ions Atomik Kütle Atomik kütle biriminde atom kütlesi (amu) atomun proton ve nötronlarının toplam sayısını verir. Atoms, Molecules, and Ions İzotoplar : • Aynı elementin farklı kütledeki atomlarıdır. • İzotoplar farklı nötron sayılarına sahiptir. 11 C 6 12 C 6 13 C 6 14 C 6 Atoms, Molecules, and Ions Hidrojenin İzotopları Atoms, Molecules, and Ions Atomik Kütle Atomik ve moleküler kütle; kütle spektrometrisiyle büyük doğrulukta ölçülebilir. Atoms, Molecules, and Ions Kütle Spektrometresindeki operasyon adımları: 1. Buharlaştırma – örnek gaza dönüştürülür. 2. İyonizasyon – elektron saçılması örneğin elektronlarında kayba neden olur. (bazı bağlar kırılabilir). 3. İvmelendirme – elektrik alan pozitif iyonların ivmelenmesine yol açar. 4. Sapma – manyetik alan hareketli katyonların sapmasına yol açar. (hafifler daha çok sapma görterir) Atoms, 5. Tayin – dedektör her bir örneğin (izotop) miktarını Molecules, and Ions belirler. Atomik Kütle Skalası • 1H ağırlığı 1.6735 x 10-24 g ve 16O ağırlığı 2.6560 x 10-23 g’dır. • 12C kütlesi = 12 amu olarak tanımlanır. • Atomik kütle birimi kullanılarak: 1 amu = 1.66054 x 10-24 g 1 g = 6.02214 x 1023 amu olduğu söylenebilir. Atoms, Molecules, and Ions Ortalama Kütle • Gerçek dünyada büyük miktarda atom ve molekülü kullandığımız için hesaplamalarda ortalama kütleler kullanılır. • Ortalama kütle bir elementin izotoplarının bağıl çoklukları ölçülerek hesaplanır. Atoms, Molecules, and Ions Ortalama Atomik Kütleler • Bağıl atomik kütle: izotopların ortalama kütleleridir. – Doğal C: 98.892 % 12C + 1.108 % 13C. • C’un ortalama kütleleri: (0.98892)(12 amu) + (0.0108)(13.00335) = 12.011 amu. • Ortalama atomik kütle atomik ağırlık olarak da bilinir(AW). • Atomik ağırlıklar periyodik tabloda listelenmiştir. Atoms, Molecules, and Ions Periodik Tablo: • Elementlerin sistematik kataloğu. • Elementler atom numaraları sırasına göre düzenlenmiştir. Atoms, Molecules, and Ions Periodisite Elementlerin kimyasal özelliklerine bakıldığında, reaktivitelerde tekrarlayan özelliklerin görülür. Atoms, Molecules, and Ions Periodik Tablo • Periodik tablodaki satırlar period olarak isimlendirilir . • Kolonlar ise grup olarak isimlendirilir. • Aynı gruptaki elementler benzer kimyasal özelliklere sahiptirler. Atoms, Molecules, and Ions Gruplar Gruplardan 5i kendi isimleriyle bilinirler. Atoms, Molecules, and Ions Periodik Tablo metal olmayanlar periyodik tablonun sağ kısmında bulunurlar (proton bunlara dahil değildir). Atoms, Molecules, and Ions Periodik Tablo Basamakları metaloidler sınırlandırır (Al ve Po bunlara dahil değildir). Atoms, Molecules, and Ions Periodik Tablo Metaller tablonun sol tarafındadır. Atoms, Molecules, and Ions Kimyasal Formüller Bir element sembolünün sağ altında bulunan sayı; bileşiğin bir molekülündeki element atomlarının sayısını bize söyler. Atoms, Molecules, and Ions Moleküller ve Moleküler Bileşikler Molekül, iki yada daha fazla atomun birbirlerine sıkıca bağlanmasıyla oluşur. Ortaya çıkan bu atom paketi kendisini oluşturan atomların (elementlerin) özelliklerinden farklı olarak davranışlar sergiler. Atoms, Molecules, and Ions Diatomik Moleküller Doğada birçok element, diatomik formda bulunur. Örneğin, soluduğumuz hava içerisinde yer alan oksijen O2 formundadır. Oksijen atmosferde ayrıca O3 (Ozon) formunda da yer alır. Bu 7 element iki atom içeren moleküller şeklinde doğal olarak oluşur. Kimyada, oksijen, azot yada halojenleri söylerken, akla gelen yapılar O2, N2 ve F2, Cl2, Br2 ve I2 gelmelidir. Atoms, Molecules, and Ions Moleküler Bileşikler • • • Sadece bir atom tipinden oluşmayan, farklı atom tiplerinde oluşan bileşiklere “Moleküler bileşikler” ikler denir. Bu yapıların formüllerinde yer alan alt indisler çok büyük önem taşır. Örneğin, su ve hidrojen peroksit arasında sadece bir oksijen atomu eksikliği olmasına karşın, su ve hidrojen peroksitin kimyasal reaktiviteleri çok ciddi farklılıklar içerir. Atoms, Molecules, and Ions Moleküler ve Empirik Formüller • Empirik formüller bileşikteki element atomlarının oranının en küçük tam sayısını verirler. • Moleküler formüller her bir bileşikteki element atomlarının kesin sayısını verirler. • Moleküler formülü bildiğimiz zaman empirik formülü kolayca tahmin edebiliriz. Ancak tersi doğru değildir. Örnekler: Hidrojen peroksit iç için empirik ve molekü moleküler formü formülü yazarsak; Empirik Formül: HO Moleküler Formül: H2O2 Etilen iç için empirik ve molekü moleküler formü formülü yazarsak; Empirik Formül: CH2 Moleküler Formül: C2H4 Su iç için empirik ve molekü moleküler formü formülü yazarsak; Empirik Formül:H2O Moleküler Formül: H2O (dikkat ediniz, aynı!) Soru: Glukoz (C6H12O6) ve sinir gazına (N2O) ilişkin empirik formülleri yazınız. Atoms, Molecules, and Ions Moleküllerin Çizimi • Yapısal formüller atomların bağlanma düzenini gösterirler. • Perspektif çizimler ise bir bileşikteki atomların 3boyutlu düzenlenmesini gösterir. Atoms, Molecules, and Ions İyonlar • • Atom çekirdekleri, kimyasal reaksiyonlardan etkilenmezler, Atomun kimyasal reaksiyonlardan etkilenen yapıları elektronlardır. Atomlar elektron kazandıklarında ya da kaybettiklerinde, “iyon”lara dönüşürler. Pozitif yüklü iyon KATYON, KATYON negatif yüklü iyon ise ANYON olarak isimlendirilir. Katyonlar pozitiftirler ve periyodik tablonun sol tarafındaki elementler tarafından oluşturulurlar. Anyonlar negatiftirler ve periyodik tablonun sağ tarafındaki elementler tarafından oluşturulurlar. Atoms, Molecules, and Ions İyonik Bağlar iyonik bağlar (NaCl gibi) genellikle metaller ve ametaller arasında oluşur. Genel olarak metal iyonları elektron kaybedip katyonlara dönüşme, ametaller ise elektron kazanıp anyonlara dönüşme eğilimindedirler. Atoms, Molecules, and Ions Soru a) 22 proton, 26 nötron ve 19 elektrondan oluşan iyonun, b) 16 nötron ve 18 elektrona sahip olan kükürt iyonunun kimyasal sembollerini yazınız. Atoms, Molecules, and Ions Cevap a) Proton sayısı bir elementin atom numarasını verir. Dolayısıyla periyodik cetvelde 22 atom numarasına sahip olan element Titanyumdur (Ti). Bu elementin kütle numarası 22+26=48 (elementin Ti olduğunun sağlaması). Bu elementin nötr halde atom numarası aynı zamanda elektron sayısına da eşittir. Ancak soruda elektron sayısı 19 olarak verildiği için bu element 3 tane elektron kaybettiği için yapı 48Ti+3 şeklinde gösterilmelidir. Atoms, Molecules, and Ions Cevap b)Periyodik cetvele bakıldığı zaman kükürtün atom numarasının 16 olduğu görülür. Bize soruda, 16 nötrona sahip olduğu da verilmiştir. Dolayısıyla kükürtün kütle numarası 16+16= 32 olduğu kolaylıkla hesaplanır. Elektron sayısı ise nötr halden 2 fazla olduğu için kükürt atomu yapıya iki elektron kabul etmistir. Dolayisiyla yapı: 32S-2 şeklinde ifade edilir. Atoms, Molecules, and Ions Soru • Aşağıdaki bileşiklerden hangileri iyonik, hangileri moleküler yapıdadır? N2O Na2O CaCl2 SF4 Cevap: Na2O ve CaCl2 iyonik diğerleri moleküler yapıdadır. İpucu: iyonik yapı için bileşikte metal-ametal, moleküler yapıda ise ametal-ametal elementlerin bulunması gerekli. Atoms, Molecules, and Ions Formüllerin Yazımı • Bileşikler elektriksel olarak nötral olduklarından, bileşiğin formülü şu yolla tayin edilebilir: Katyonun sahip olduğu yük anyonun altsimgesi halinde yazılır. Anyonun sahip olduğu yük katyonun altsimgesi halinde yazılır. Atoms, Molecules, and Ions Örnekler Aşağıdaki oluşacak bileşiklerin empirik formüllerini yazınız: a) Al+3 ile Clb) Al+3 ile O2c) Mg+2 ile NO3Cevaplar a) AlCl3 b) Al2O3 c) Mg(NO3)2 Atoms, Molecules, and Ions İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 1.Pozitif İyonlar (Katyonlar) a)Element isimleri ile bilinen katyonlar Na+ sodyum iyonu Zn2+ çinko iyonu Al3+ alüminyum iyonu Atoms, Molecules, and Ions İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 1.Pozitif İyonlar (Katyonlar) b) Eğer bir metal farklı katyonlar oluşturuyorsa, pozitif yük romen rakamlarıyla parantez içerisinde yazılır: Fe2+ demir(II) iyonu (Ferröz) Fe3+ demir (III) iyonu (Ferrik) Cu+ bakır(I) iyonu (Cupröz) Cu2+ bakır (II) iyonu (Kuprik) Atoms, Molecules, and Ions İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 1.Pozitif İyonlar (Katyonlar) c)Ametal atomlardan oluşan katyonların isimleri –yum la biter: NH4+ amonyum H3O+ hidronyum Yaygın olarak bulunan katyonlar tablo da gösterilmiştir. Atoms, Molecules, and Ions Yaygın Olarak Bulunan Katyonlar Atoms, Molecules, and Ions İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 2.Negatif İyonlar (Anyonlar) a)Monoatomik anyonların isimleri, elementin isminin sonuna –it eki eklenerek yapılır: H- hidrit O2- oksit N3- nitrit Poliatomikler ise benzer şekilde isimlendirilir: OH- hidroksit CN- siyanit O22- peroksit Atoms, Molecules, and Ions İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 2.Negatif İyonlar (Anyonlar) b)Oksijeni içeren poliatomik anyonların isimleri –at veya –it eki ile biter, ancak isimlendirmede bazı hususlar vardır: Bir elementin en yaygın oksianyonu –at ile biter, öte yandan aynı yüke sahip bir oksijen daha az molekülde ise –it eki kullanılır: NO3- nitrat NO2- nitrit SO4-2 sülfat SO3-2 sülfit Atoms, Molecules, and Ions İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 2.Negatif İyonlar (Anyonlar) b)Oksijeni içeren poliatomik anyonların isimleri –at veya –it eki ile biter, ancak isimlendirmede bazı hususlar vardır: Ön ekler: “per” (bir fazla oksijen) ve “hipo” (bir eksik oksijen) ClO4- perklorat iyon (aşağıdakinden bir fazla oksijen) per ClO3- klorat iyonu ClO2- klorit iyonu (yukarıdakinden bir eksik O) ClO- hipoklor it iyonu (yukarıdakinden bir eksik O) hipo Atoms, Molecules, and Ions İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 2.Negatif İyonlar (Anyonlar) c)Oksianyonlara H+ eklenmesiyle, yeni oluşan oksianyonun ismine “hidrojen” veya “dihidrojen” önekleri getirilir: CO32- Karbonat HCO3- hidrojenkarbonat PO4-3 fosfat H2PO4- dihidrojenfosfat Eklenen her bir H+ nın oksianyonun yükünü bir arttırdığına dikkat ediniz. Ancak geleneksel (eski isimlendirme) olarak aşağıdaki iyonların isimleri yaygın olarak aşağıdaki gibi bilinir: HCO3- bikarbonat HSO4- bisülfat Atoms, Molecules, and Ions Yaygın Olarak Bulunan Anyonlar Atoms, Molecules, and Ions İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 3.İyonik Bileşikler İyonik bileşikler isimlendirilirken önce katyon ismi daha sonra anyon ismi söylenir: Örnekler: CaCl2 kalsiyumklorür Al(NO3)3 alüminyum nitrat Cu(ClO4)2 bakır(II)perklorat (veya cuprik perklorat) Atoms, Molecules, and Ions Soru Aşağıdaki bileşikleri isimlendiriniz: NH4Br, Cr2O3, Co(NO3)2, Amonyumbromür, Krom(III) oksit Kobalt(II) nitrat Atoms, Molecules, and Ions Soru Aşağıdaki kimyasal formülleri yazınız: a)Magnezyum sülfat b) Gümüşsülfit c) kurşun(II) nitrat Cevap: a)MgSO4 b) Ag2S c) Pb(NO3)2 Atoms, Molecules, and Ions Asit Adlandırılması • Eğer asitteki anyon – id ile bitiyorsa, son ek –ik asit ile değiştirilir ve hidro- ön ekini alır: HCl: hidroklorik asit HBr: hidrobromik asit HI: hidroiyodik asit Atoms, Molecules, and Ions Asit Adlandırılması • Eğer asitteki anyon –it ile bitiyorsa, son ek –öz asit ile değiştirilir : HClO: hipokloröz asit HClO2: kloröz asit Atoms, Molecules, and Ions Asit Adlandırması • Eğer asitteki anyon –at ile bitiyorsa, son ek –ik asit ile değiştirilir : HClO3: klorik asit HClO4: perklorik asit Atoms, Molecules, and Ions İkili Bileşiklerin Adlandırılması CO2: karbon dioksit CCl4: karbon tetraklorit Atoms, Molecules, and Ions İkili Bileşiklerin Adlandırılması N2O5: dinitrojen pentoksit Atoms, Molecules, and Ions
