GENEL KİMYA Madde ve Özellikleri I.DERS

GENEL KİMYA Kaynaklar:ar 1 Çeviri Editörleri: T. UYAR-S. AKSOY-R. İNAM Raymond CHANG Çeviri Editörleri: T. UYAR-S. AKSOY-R. İNAM

GENEL KİMYA1/2 Kaynaklar:ar 1 Petrucci -Horwood –Herring Çeviri ed. T. UYAR-S. AKSOY

Kaynaklar: MODERN ÜNİVERSİTE KİMYASI 1/2 C.E. MORTIMER Çeviri T. ALTINATA vd

Kimya Nedir? Kimya, evrendeki bütün maddelerin özelliklerini ve değişimlerini inceleyen bir bilim dalıdır. Biyoloji, eczacılık ve tıp Anestezi, aşı, ilaç, gen tedavisi Enerji ve çevre Fosil yakıtlar, güneş enerjisi, nükleer enerji Malzeme ve teknoloji Polimerler, seramikler, moleküler bilgisayarlar Tarım ve gıda Genetiği değiştirilmiş organizmalar, doğal pestisitler, gübreler

Makroskopik Mikroskopik

KİMYANIN BÖLÜMLERİ ORGANİK KİMYA: C ve bileşiklerini inceler. İNORGANİK KİMYA: Genellikle C ve bileşikleri dışındaki maddeleri inceler. ANALİTİK KİMYA: Maddelerin tanınması, analizi, bileşiminin nicel ve nitel yönden incelenmesiyle ilgilenir. FİZİKOKİMYA: Maddelerin enerji ilişkilerini ve hal değişimlerini inceler. BİYOKİMYA: Canlıların yapısında gerçekleşen kimyasal olayları ve bunların sonuç ve etkilerini inceler. NÜKLEER KİMYA: Atom çekirdeğindeki değişmeleri inceler.

Madde nedir? Kütlesi olan ve uzayda yer kaplayan her şey maddedir. Tüm maddeler, en azından ilke olarak üç halde bulunabilirler: katı, sıvı ve gaz.

Maddenin Yapısı Madde: Tanecikli yapıda Boşluklu yapıda Hareketli yapıda

Maddenin Yapısı Madde taneciklerden meydana geliyorsa, tanecikler neden görülemiyor? 1 damla suda 2x1021 tane su molekülünün (H2O, suyu oluşturan tanecikler) bulunması, çıplak gözle neden maddeyi oluşturan taneciklerin görülmediğini açıklar.

Maddenin Yapısı Maddedeki tanecikler: Atomlar Moleküller İyonlar

Maddenin Yapısı Demir çubuk, bir şişedeki cıva, bakır kap, alüminyum çerçeve, tanecikleri atomlar olan maddelere örnek verilebilir. Bir kaptaki su (H2O), alkol (C2H5OH), aseton (C3H6O), çay şekeri (C12H22O11) ve bir tüpteki oksijen (O2) tanecikleri moleküller olan maddelere örnek teşkil eder.

Maddenin Yapısı Tanecikleri iyonlar olan maddeler: Sodyum klorür (yemek tuzu) NaCl Na+, Cl- Kalsiyum Karbonat (kireç taşı) CaCO3 Ca2+, CO32- Sodyum karbonat (çamaşır sodası) Na2CO3 2Na+, CO32-

Maddenin Yapısı Maddenin boşluklu yapısı: 50 mL su ve 50 mL alkol karıştırıldığı zaman toplam hacim daima 100 mL den daha az (90-95 mL) olur. Bu durum nasıl açıklanabilir? Aynı durum, taneli yapılı maddeler (nohut-pirinç vb) içinde düşünülebilir.

Maddenin Yapısı Maddenin Taneciklerinin Hareketliliği Maddenin taneciklerinin hareketli olduğu, maddenin gaz hali göz önüne alındığında daha kolay anlaşılır. Bir maddenin gaz halindeki tanecikleri hareketli olmasaydı, evde hangi yemeklerin piştiği apartman girişinde anlaşılabilir miydi?

Maddenin Halleri Maddenin bulunma durumlarına maddenin halleri denir. Katı Sıvı Gaz

Maddenin Halleri

Maddenin Halleri Su molekülünün üç hali H2O(k) H2O(s) H2O(g)

Maddenin Halleri Madde Hallerinin Özellikleri Hal Özellik Katı(k) Kütlesi, hacmi ve şekli belirlidir. Sıvı(s) Kütle ve hacim belirlidir. Şekil değişir ve konulduğu kabın şeklini alır. Gaz(g) Kütle belirlidir. Konulduğu kabın hacmini kaplar. Konulduğu kabın şeklini alır.

Maddenin Halleri Maddenin Plazma Hali: Elektrikçe nötr olan; atom, iyon, elektron ve moleküllerin bir arada bulunduğu karışıma plazma hali denir. Daha çok yüksek sıcaklık ve basınçta plazma hali ile karşılaşılır. Güneş, kibrit alevi, floresan lambadaki ışıldama maddenin plazma haline örnek verilebilir.

Çekirdek Birleşmesi - Füzyon Çekirdek birleşmesi, küçük çekirdeklerin daha büyük bir çekirdek oluşturmak için birleşmesidir. İki hafif çekirdek daha büyük ve kararlı bir çekirdek oluşturmak üzere birleşirse önemli miktarda enerji açığa çıkar. Çekirdek birleşmesi güneşte sürekli olarak meydana gelir. Güneş hidrojen (H) ve helyumdan (He) oluşmuştur. Bu atomlar da elektron, H+ ve He2+ şeklinde iyonlaşmışlardır. 15000000 oC’lik bir sıcaklığı olan güneşin iç kısmında aşağıdaki birleşme reaksiyonları olur: 11H + 12H → 23He 23He + 23He →  24He + 211H 11H + 11H →  12H + +10β Bu olay çekirdek birleşmesi ile enerji üretimi düşüncesinin temel dayanağıdır.

Kısaca, güneşin enerji kaynağını 4 Hidrojen atomunun 1 Helyum atomuna dönüşmesi sırasında gerçekleşen reaksiyon karşılar. 4 H atomu 4,032 akb birim ağırlıktadır. Halbuki 1 He atomu 4,003 akb birim ağırlıktadır. Bu olay sonucunda 0,029 akb kütle E = mc2 bağıntısı sonucu enerjiye dönüşmektedir. Yani güneşte her saniyede 564 milyon ton H, 560 milyon ton He’a dönüşmekte ve kaybolan 4 milyon ton kütle enerjiye dönüşerek ışınım şeklinde uzaya yayılmaktadır. Bu enerji miktarı 3.86 x 1026 J’ dür. Toplam enerji rezervi 1.785 x 1047 J olan Güneş daha milyonlarca yıl ışımasını sürdüreceğinden dünya için sonsuz olarak kabul edilebilecek bir enerji kaynağıdır.

Maddedeki Hal Değişimleri Gaz Buharlaşma Yoğunlaşma SIVI Erime Donma Katı

Maddenin Sınıflandırılması Çevremizde görülen bütün maddeler aşağıdaki gibi sınıflandırılır.

Saf maddeler ve karışımlar Bir saf madde, belirli ya da sabit bir bileşimi olan ve kendine özgü özellikleriyle ayırt edilebilen maddedir. Bir karışım, iki ya da daha fazla saf maddenin bir araya gelmesiyle oluşur. Karışımın bileşimi maddenin her tarafında aynı ise homojendir. Karışımın bileşimi maddenin her tarafında aynı değilse heterojendir.

Karışımlar Bileşimleri belli bir kimyasal formülle ifade edilemeyen maddelerdir. Karışımların erime ve kaynama noktaları sabit değildir. Tuzlu su, içme suyu, çay, kahve ve toprak karışımlara örnek olarak verilebilir.

Homojen Karışımlar Alaşımlar ve çözeltiler homojen karışımlardır. Çözelti; çözünen ve çözücü’den oluşup çeşitli şekillerde elde edilebilir.

Çözeltiler Çözelti çeşidi Örnekler Sıvı-sıvı Kolonya (alkol-su-esans) Katı-sıvı Tuzlu su, şekerli su Katı-katı Alaşımlar: Demir-karbon (çelik), bakır-çinko (pirinç) vb Sıvı-gaz Kolalı içecekler Gaz-gaz Saf hava

Heterojen Karışımlar Her tarafında aynı özelliğe sahip olmayan karışımlara heterojen karışım denir. Heterojen karışımlarda iki faz ayrı ayrı görülür.

Heterojen Karışımlar Sıvı-katı heterojen karışımlara süspansiyon denir. Su-kum, su-un, bulut (hava-su buharı karışımı), ayran birer süspansiyon örneğidir. Sıvı-sıvı heterojen karışımlara emülsiyon denir. Su-zeytin yağı, su-benzin karışımı birer emülsiyon örneğidir.

Aerosol (Heterojen karışım) Bir sıvının ya da bir katının gaz içinde çözünmesi Örneğin; Sigara dumanı (Gaz içinde katı) Toz bulutu (Gaz içinde katı) Sis (Gaz içinde sıvı) Köpük (Gaz içinde sıvı) Deodorant (Gaz içinde katı)

Karışımlar fiziksel yollarla bileşenlerine ayrılabilirler. Distilasyon Mıknatıs yardımıyla 33

Element ve bileşikler Saf madde kimyasal yollarla daha basit bileşenlerine ayrılamıyorsa bu madde elementtir. Henüz 114 tane element bilinmektedir. Bunların sadece 82 tanesi doğal, 32 tanesi ise yapaydır.

Element ve bileşikler Farklı cins elementlerin atomlarının bir araya gelerek oluşturdukları taneciklerden (moleküller veya iyonlar) meydana gelen maddelere bileşik denir. Bileşikler saf maddelerdir. Bütün saf maddelerin erime ve kaynama noktaları sabittir. Bileşikler sadece kimyasal yollarla bileşenlerine ayrılabilirler

Element ve bileşikler Bileşikleri ya da elementleri oluşturan en küçük tanecikler atom kümeleriyse molekül olarak adlandırılırlar. Alüminyum elementi atomik yapıdayken oksijen elementi moleküler yapıdadır.

Bileşikler Bileşik adı Formülü Bileşik Çeşidi Su H2O moleküler Etil alkol C2H5OH moleküler Aseton C3H6O moleküler Karbon dioksit CO2 moleküler Sodyum klorür NaCl iyonik Sodyum bikarbonat NaHCO3 iyonik

Maddenin Ayırt Edici Özellikleri Katı Sıvı Gaz Özkütle + Erime noktası - Donma noktası Kaynama noktası Yoğunlaşma noktası Çözünürlük Genleşme Esneklik Elektrik iletkenliği Metaller için

Maddenin Genel Özellikleri Hacim Kütle Eylemsizlik (Cisimlerin hareket durumlarını koruma eğilimleridir)

Maddenin ayırt edici özellikleri Yalnız öz kütlesi veya yalnız erime noktası veya yalnız kaynama noktası bilinen bir maddenin hangi madde olduğu anlaşılabilir mi?

Maddenin ayırt edici özellikleri Nikelin öz kütlesi 8,9 g/cm3’tür. Acaba öz kütlesi 8,9 g/cm3 olan bir madde nikel midir? Öz kütlesi demirin 7,86 g/cm3 ve gümüşün 10,5 g/cm3 ’tür. Belli bir oran da demir ve gümüşten karıştırarak öz kütlesi 8,9 g/cm3 olan alaşım hazırlanabilir. Bu durumda öz kütleleri 8,9 g/cm3 olan madde nikel de olabilir, demir – gümüş alaşımı da olabilir. Demek ki, öz kütle yalnız başına tam anlamıyla ayırt edici olma özelliği göstermeyebilir.

Maddenin ayırt edici özelliklerinin her biri tek başına yeterli mi? Erime noktası Kaynama noktası Yoğunluk Kırılma indisi İletkenlik vb fiziksel özellikler tek başlarına bir maddeyi teşhis etmek için kullanılamazlar. Aynı erime noktasına sahip binlerce molekül vardır.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikler Maddenin rengi, kokusu, hacmi, hali, yoğunluğu, erime noktası ve kaynama noktası gibi bazen beş duyumuzla doğrudan bazen de ölçümler yaparak tespit edilen özelliklere maddenin fiziksel özellikleri denir. Maddenin enerji etkisiyle ya da diğer kimyasal maddelerle yeni maddeler oluşturabilme yeteneğine maddenin kimyasal özellikleri denir.

Fiziksel ve Kimyasal Değişmeler Maddenin taneciklerinin yapısının değişmediği durumdaki değişmelere fiziksel değişme denir. Maddenin hal değiştirmesi bir fiziksel değişmedir. Hal değişimi sırasında maddenin taneciklerinin yapısında bir değişme olmaz. Sadece, taneciklerin enerjileri ve bir araya gelme biçimleri değişir.

Fiziksel ve Kimyasal Değişmeler Maddenin taneciklerinin yapısının değiştiği durumdaki değişmelere kimyasal değişme denir. Odunun yanması, dinamit’in ısıtıldığında patlaması, demirin paslanması birer kimyasal değişme örnekleridir.

Kimyasal Değişme (Reaksiyon) Kimyasal değişmelere çoğunlukla “Kimyasal Reaksiyon” denir. Bir kimyasal reaksiyonda, başlangıçta alınan maddelere “reaktantlar” veya reaksiyona girenler denir. Reaksiyon sonucunda meydana gelenlere de ürünler denir.

Değişim tipleri Fiziksel değişim bir maddenin kompozisyonunu ya da bileşimini değiştirmez. (Buzun erimesi ya da şekerin suda çözünmesi) Kimyasal değişim ise maddenin kompozisyonunu ya da bileşimini değiştirir. H2 havada yandığı zaman suya dönüşür.

Yaygın Elementler ve Sembolleri Al Alüminyum Ag Gümüş Mg Magnezyum Au Altın He Helyum Ne Neon Ar Argon H Hidrojen Ni Nikel As Arsenik I İyot O Oksijen N Azot Sn Kalay Pt Platin Cu Bakır Ca Kalsiyum K Potasyum Ba Baryum C Karbon Cs Sezyum Br Brom Cl Klor Si Silisyum Hg Civa Co Kobalt Sr Stronsiyum Zn Çinko Pb Kurşun Ti Titan F Flor S Kükürt U Uranyum P Fosfor Li Lityum Xe Ksenon

İYONLAR 1-Katyonlar: Yüksüz atom elektron verdiğinde katyona dönüşür.

Anyonlar: Yüksüz atom elektron aldığında anyona dönüşür

Ölçme Kimyasal çalışmalar ağırlıklı olarak ölçmeler üzerinedir. Maddelerin özellikleri yapılan ölçümlerle belirlenir. Ölçülen bir miktar genel olarak sayılarla ve uygun birimlerle ifade edilir.

SI (Systeme International d’Unites) Birimleri Günümüzde ölçüm birimleri olarak, Uluslararası Birimler Sistemi (SI) adı verilen bir standart birim sistemi kullanılmaktadır. Temel SI Birimleri Fiziksel büyüklük Birim adı Kısaltılışı Kütle kilogram kg Uzunluk metre m Zaman saniye s Sıcaklık kelvin K Madde miktarı mol Elektrik akımı amper A Aydınlatma şiddeti kandil cd

Kütle ve Ağırlık Kütle (mass), madde miktarının değişmez bir ölçüsüdür. Ağırlık (weight) ise, madde ile yer küre arasındaki çekim kuvvetidir. w = mg

Edwin Aldrin ay yüzeyinde Edwin Aldrin ay yüzeyinde. Resim 1969’da Neil Armstrong tarafından çekilmiştir. Armstrong’un ve Aldrin’in giydiği elbiseler çok fazla yük gibi görünüyor. Fakat, ay kütlesi, dünyanın 1/81’i ve aradaki çekim ivmesi, yerçekiminin 1/6’sı olduğu için bu elbiselerin aydaki ağırlığı dünyadaki ağırlığının sadece 6’da 1’idir. Çanakkale ile Kars şehirleri yaklaşık aynı enlemde olmalarına rağmen herhangi bir nesnenin ağırlığı Kars’ta daha azdır (yükseklik farkı). Sinop ile Mersin şehirlerinin her ikisi de deniz seviyesinde olmasına rağmen herhangi bir nesnenin ağırlığı Sinop’ta daha büyüktür (enlem farkı). Görüldüğü gibi ağırlık yer değişikliğinde değişebilirken, kütle değişmez.

Birim Sistemleri Bir büyüklüğü ölçmek için karşılaştırma amacıyla seçilen aynı cinsten büyüklüklere birim denir. Kimya’da kullanılan SI Uluslararası birimler: (The International System of Units, Système International d'Unités) KÜTLE: ton, kg, g, mg 1000 mg = 1 g 1000 g = 1 Kg 1000 kg = 1 ton

Birim Sistemleri MADDE MİKTARI: Mol Bir kimyasal türün 1 mol’ü, 6,022.1023 atom, molekül, iyon, elektron veya iyon çiftidir. HACİM: L, mL, cm3 Uzunluğun küpü 1000 cm3 =1000 mL= 1 L

1999’da Mars’a gönderilen ilk iklim uydusu ($125,000,000 ) planlanan daha fazla (100 km) mars atmosferine girmiş ve ısınarak parçalanmıştır. Hata İngiliz birim sisteminden SI birim sistemine dönüştürme işleminden kaynaklanmıştır. 1 lb = 1 N 1 lb = 4.45 N Kuvvet = kütle x ivme 1 lb = 0,4536 kg yerçekimi ivmesi = 9,81 m/s2 57

Hacim (m3) 1 cm3 = (1 x 10-2 m)3 = 1 x 10-6 m3 1 dm3 = (1 x 10-1 m)3 = 1 x 10-3 m3 1 L = 1000 mL = 1000 cm3 = 1 dm3 1 mL = 1 cm3

Yoğunluk (kg/m3) 1 g/cm3 = 1 g/mL = 1000 kg/m3 yoğunluk = kütle hacim d = m V Yoğunluğu 21,5 g/cm3 olan bir platin metalinin hacmi 4.49 cm3’ ise kütlesi kaç gramdır? d = m V m = d x V = 21,5 g/cm3 x 4,49 cm3 = 96,5 g 59

Birim Sistemleri ZAMAN: Yıl, ay, gün, saat, dakika, saniye UZUNLUK: Metre (ve alt ve üst katları) Angstrom (Å) = 10-10 m 1 inç = 2,54 cm = 25,4 mm

Uzunluk önekleri

Sıcaklık K = 0C + 273 9 0F = x 0C + 32 5 273 K = 0 0C 373 K = 100 0C 32 0F = 0 0C 212 0F = 100 0C

172.9 0F’ı Celsius (0C)’ a çeviriniz. 0F = x 0C + 32 9 5 0F – 32 = x 0C 9 5 x (0F – 32) = 0C 9 5 0C = x (0F – 32) 9 5 0C = x (172.9 – 32) = 78,3 9 5

Birim Sistemleri BASINÇ Atm, Bar, Torr, mm-Hg 1 atm= 760 torr=760 mm-Hg 1 bar = 750,062 torr = 0,9869 atm

Birim Sistemi Birim sistemlerinde kullanılan alt ve üst kat önekleri ÖNEK KAT SEMBOL mili 10-3 kat m kilo 103 kat k mikro 10-6 kat  nano 10-9 kat n

Birim Sistemi Kimyada Kullanılan Bazı Sabitler R (İdeal Gaz Sabiti) R=0,082 L.atm./mol. K R=1,987 kal./mol. K R= 8,314 jull /mol. K NA=Avogadro sayısı = 6.02X1023

ANLAMLI SAYILAR Milattan önce 4000 li yıllar ifadesindeki 4000 rakamının doğruluk ve hassasiyeti nedir? 3 gr, 3,0 gr, 3,00 gr aynı mıdır? 40±2 neyi ifade eder?  sayısı kaç basamak? 3,1415926535897932384626433832795028841971693993751058…………….

ANLAMLI SAYILAR YUVARLAMA: Virgülden sonra alınacak hane basamağından sonra gelen rakamlar 0,1,2,3 ve 4 ise atılır; Virgülden sonra alınacak hane basamağından 5, 6, 7, 8 ve 9 ise en son kalan rakam bir artırılır Örneğin 3,141592 … rakamı virgülden sonra iki haneli olacaksa 3.14 olur eğer virgülden sonra üç hane olacaksa 3,142 olur

ANLAMLI SAYILAR Üslü sayılar 0,000000106= 1,06x10-7

ÇEVİRME FAKTÖRÜ Matematiksel işlemlerde birimler dikkate alınmalı ve çevirme faktörleri kullanılarak anlamlı birimleri ifade eden rakamlar elde edilmelidir.

ÇEVİRME FAKTÖRÜ Örnek: 36 km/saat kaç m/sn’dir?