Proust’un sabit oranlar yasası, “bir bileşiğin farklı örneklerinde, bileşiği oluşturan elementlerin kütlece daima aynı oranda bulunduklarını belirtir.” Örneğin, farklı kaynaklardan alınmış karbon dioksit gazı örneklerini analiz edersek, örneklerin hepsinde karbon oksijen oranının kütlece aynı olduğunu buluruz.”

Dalton’un üçüncü varsayımı, diğer bir önemli yasa olan katlı oranlar yasasını da destekler niteliktedir. Bu yasaya göre, “iki element birden fazla bileşik oluşturmak üzere birleşebilirse, bir elementin belli bir kütlesi ile birleşen diğer elementin farklı kütleleri arasında küçük tam sayılı bir oran vardır.” Dalton kuramı katlı oranlar yasasını basit bir biçimde açıklar: Aynı elementleri içeren farklı bileşiklerde, birleşen elementlerin atomlarının sayısı farklıdır. Örneğin, karbon oksijen ile iki tane kararlı bileşik oluşturur. Bunlar karbon monoksit ve karbon dioksittir” Dalton’un dördüncü varsayımı, madde yoktan var edilemez ve varken yok edilemez diye bilinen kütlenin korunumu yasasının* başka bir ifadesidir

2.2 Atomun Yapısı Dalton atom kuramına göre atomu, kimyasal bir bileşime girebilen, elementin temel birimi olarak tanımlayabiliriz. Dalton, atomu hem çok çok küçük hem de bölünemez olarak düşünmüştür. Oysa, 1850’li yıllarda başlayıp yirminci yüzyıla kadar uzanan araştırmalar, atomların bir içsel yapısının olduğunu, yani atomların atom altı tanecikler adı verilen daha da küçük taneciklerden oluştuğunu açıkça göstermiştir. Bu araştırmalar elektron, proton ve nötronların keşfine yol açmıştır.

Elektron 1890’larda birçok bilim adamı radyasyon, yani enerjinin uzayda dalgalar halinde yayımlanması ve iletilmesi konusunda çalışmalar yapmıştır. Katot ışını artı yüklü levhaya doğru çekilip eksi yüklü levha tarafından itildiği için, bu ışının eksi yüklü taneciklerden oluşması gerekir. Bu eksi yüklü tanecikleri elektron olarak tanımlarız. Şekil 2.4, bir mıknatısın katot ışınına etkisini göstermektedir. Bir İngiliz fizikçisi olan J. J. Thomson*, katot ışını tüpü ve elektromanyetik kuram hakkındaki bilgilerini kullanarak, tek bir elektronun elektriksel yükünün elektronun kütlesine oranını saptamıştır. Thomson’un bulduğu rakam -1,76 x 108 C/g’dır. Burada C elektrik yükü birimi olan coulomb’dur. Daha sonra, R. A. Millikan, 1908 ile 1917 yılları arasında yaptığı deneylerde, elektronun yükünü çok yüksek duyarlılıkla ölçmeyi başarmıştır.

Şekil 2.4 (a) Bir boşalma tüpünde oluşturulan katot ışını katottan (soldan) anoda (sağa) doğru hareket halindedir. Katot ışını gözle görülemediği halde, cam üzerine kaplanmış çinko sülfür tabakasının fluoresansı sayesinde yeşil renkli görünür. (b) Bir mıknatısın kutbu yaklaştırıldığında, katot ışını aşağıya sapar, (c) diğer kutup yaklaştırılırsa ters yöne sapar.

Radyoaktiflik 1895’te, Alman fizikçi Wilhelm Röntgen† katot ışınlarının, cam ve metallerin olağan dışı ışın yaymasına neden olduğunu gördü. Yayımlanan bu yüksek enerjili radyasyon maddenin içinden geçebiliyor, fotoğraf filmi levhalarını karartıyor ve çeşitli maddelerin flüoresan ışık yayımlamasına sebep oluyordu.

Uranyum bileşiğinden kaynaklanan bu ışınlar aynı X- ışınları gibi yüksek enerjili idi ve bir mıknatıs ile saptırılamıyorlardı. Ancak X- ışınlarından farklı olarak bu ışınlar kendiliğinden oluşuyordu. Becquerel’in öğrencilerinden biri olan Marie Curie‡, bu kendiliğinden tanecik ve (veya) ışın yayımlanması olgusunu betimlemek üzere radyoaktiflik terimini önerdi. Bu nedenle, kendiliğinden radyasyon yayımlayan herhangi bir elemente radyoaktif element denir. Uranyum gibi radyoaktif maddelerin bozunması ya da parçalanması ile üç tür ışın oluşur. Bu ışınlardan ikisi, artı ve eksi yüklü metal levhalar tarafından saptırılır (Şekil 2.6). Alfa (a) ışınları, α tanecikleri adı verilen artı yüklü taneciklerden oluşur ve bu nedenle de artı yüklü levha tarafından saptırılırlar. Beta (b) ışınları, ya da β tanecikleri, elektronlar olup eksi yüklü levha tarafından saptırılırlar. Üçüncü çeşit radyoaktif ışıma, gama (γ) ışınları adı verilen yüksek enerjili ışınlardan oluşur. Tıpkı X- ışınları gibi γ ışınları da yüksüz olup, dışsal bir elektrik veya manyetik alan tarafından etkilenmezler.

Proton ve Çekirdek 1900’lü yılların başlarında, atomların iki özelliği açıkça belli olmuştu. Atomlar elektronları içeriyordu ve elektriksel olarak nötür, yani yüksüzdü. Elektriksel açıdan yüksüz olabilmesi için, bir atomda eşit sayıda artı ve eksi yük bulunmalıydı. Bu bilgilere dayanarak, Thomson atomu içinde gömülmüş halde elektronlar bulunan artı yüklü bir küre olarak öneriyordu (Şekil 2.7). Thomson’un bu “kuru üzümlü kek” benzeri atom modeli, uzun yıllar atom kuramı olarak kabul gördü. Şekil 2.7 Thomson atom modeli. Bu model “üzümlü kek” e benzer. Elektronlar homojen olarak pozitif yüklü küre içerisinde gömülmüş gibidir

Şekil 2.8 (a) a- Taneciklerinin bir altın yaprak tarafından saçılmasını ölçmek için Rutherford’un tasarladığı deney düzeneği. a-Taneciklerinin çoğu sapma yapmadan ya da çok az sapma ile altın yaprağın içinden geçerlerken bir kaç tanesi geniş açılarla sapar ve zaman zaman bir a- taneciği geri teper. (b) Altın yaprağın içinden geçen ve çekirdek tarafından saptırılan ataneciklerinin Büyütülmüş görünümü. Çekirdekteki bu artı yüklü taneciklere proton adı verilir. Yapılan başka deneylerde ise, bir protonun yükünün büyüklük olarak bir elektronun yüküne eşit olduğu ve protonun kütlesinin de 1,67262 x10-24 g, yani elektron kütlesinin 1840 katı kadar olduğu bulunmuştur. Rutherford atomdaki artı yüklerin tümünün, atomun içinde yoğun ve merkezi bir çekirdekte odaklandığını önerdi.

Nötron Rutherford’un atom yapısı modeli önemli bir problemi çözümsüz bırakıyordu. Rutherford’un zamanında, en basit atom olan hidrojenin bir tane protonu, helyum atomunun ise iki tane protonu olduğu biliniyordu. Buna göre, Rutherford ve diğer araştırmacılar atom çekirdeğinde diğer bir atom altı tanecik bulunması gerektiğini düşündüler. Bunun ispatı da 1932’de İngiliz fizikçi James Chadwick* tarafından yapıldı. Daha sonraki deneyler, bu ışınların protonun kütlesinden biraz daha büyük bir kütleye sahip, elektrik yükü taşımayan nötür taneciklerden oluştuğunu gösterdi. Chadwick bu taneciklere nötron adını verdi. Şekil 2.9 Atomun protonları ve nötronları çok küçük bir çekirdeğe doluşmuşlardır. Elektronlar çekirdeğin etrafında bulutlar şeklinde gösterilmiştir.

kütle numarası = proton sayısı + nötron sayısı 2.3 Atom Numarası, Kütle Numarası ve İzotoplar kütle numarası = proton sayısı + nötron sayısı = atom numarası + nötron sayısı Kütle numaraları 235 ve 238 olan uranyumun yaygın olan iki izotopu diğer bir örnektir.

2.4 Periyodik Çizelge Günümüzde bilinen elementlerin yarısından çoğu 1800 ile 1900 yılları arasında bulunmuşlardır. O yıllarda kimyacılar çok sayıda elementin bir çok benzer özellikleri olduğunu görmüşlerdi. Elementlerin fiziksel ve kimyasal davranışlarındaki periyodik benzerliklerin anlaşılmasıyla yapı ve özellikleri ile ilgili çok miktarda bilginin sınıflandırılması gerektiği ortaya konmuş ve buda periyodik çizelgenin oluşturulmasına yol açmıştır. Periyodik çizelge benzer kimyasal ve fiziksel özellikleri olan elementlerin birlikte gruplandırıldıkları bir çizelgedir. Şekil 2.10’da modern periyodik çizelge görülmektedir. Burada elementler atom numaralarına göre yatay periyotlarda, kimyasal özelliklerindeki benzerliklere göre ise dikey gruplarda sıralanmışlardır (atom numaraları element simgesinin üzerinde gösterilmiştir). Atom numarası 113- 118 olan elementlerin son yıllarda sentezlenmiş olduklarına ve henüz adlandırılmadıklarına dikkat ediniz.

2.5 Moleküller ve İyonlar Tüm elementler arasında, doğada tek başına atomlar halinde bulunan elementler, periyodik çizelgede 8A Grubundaki altı tane asal gazdır (He, Ne, Ar, Kr, Xe, ve Rn). Bu nedenle, bu elementlere tek atomlu gazlar denir. Oysa, maddelerin büyük çoğunluğu atomların bir araya gelmesinden oluşan moleküllerden ya da iyonlardan oluşmuştur. Moleküller Molekül, en az iki atomun belli bir düzende, kimyasal kuvvetlerle (diğer adıyla kimyasal bağlarla) bir arada tutulduğu atomlar topluluğudur. H2 olarak gösterilen hidrojen molekülüne diatomik (iki atomlu) molekül denir. Çünkü bu molekül sadece iki atom içerir. Normal olarak iki atomlu moleküller halinde bulunan diğer elementler, azot (N2), oksijen (O2) ve 7A Grubu elementleri olan flor (F2), klor (Cl2), brom (Br2), iyottur (I2). İki atomlu moleküller farklı elementlerin atomlarından da oluşabilir. Hidrojen klorür (HCl) ve karbon monoksit (CO) bunlara örnek olarak gösterilebilir.

İyonlar Pozitif veya negatif yükü olan bir atoma ya da atomlar grubuna iyon denir. Kimyasal tepkime adını verdiğimiz olağan kimyasal değişimlerde, atomun çekirdeğinde bulunan pozitif yüklü protonların sayısı değişmezken, eksi yüklü elektronlar kaybedilebilir veya kazanabilir. Nötür bir atomdan bir ya da daha çok sayıda elektronun kaybedilmesisonucunda pozitif yüklü bir iyon, yani katyon oluşur. Örneğin, sodyumatomu kolaylıkla bir tane elektron kaybedip sodyum katyonuna, Na+, dönüşür. Sofra tuzu olarak bilinen sodyum klorüre (NaCl) iyonik bileşik denir. Çünkü katyon ve anyonlardan oluşmuştur. Diğer taraftan, anyon, elektron sayısındaki artış nedeniyle, yükü negatif olan bir iyondur. Örneğin, klor atomu bir elektron alarak, klorür iyonuna dönüşür. Cl−:

Kaba Formüller (Empirik Formüller) 2.6 Kimyasal Formüller Kaba Formüller (Empirik Formüller) Bu molekülde hidrojen atomlarının oksijen atomlarına oranı 2:2 veya basitçe 1:1 olup hidrojen peroksidin kaba formülü HO’dur. Buna göre, kaba formül bir molekülde hangi elementlerin bulunduğunu ve bu elementlerin atomlarının en basit tam sayılı oranını gösterir, ancak moleküldeki atomların gerçek sayısını göstermeyebilir. H2O2

Örnek 2.2 Yan tarafta gösterilen top- çubuk modeline bakarak, organik bir çözücü ve antifriz olarak kullanılan metanolün molekül formülünü yazınız. Çözüm Kitabın en arka sayfasındaki renklerden atomları belirleyiniz. Molekülde dört tane H, bir tane C ve bir tane O atomu bulunmaktadır. Bu nedenle molekül formülü CH4O’dur. Ancak metanolün molekül formülü CH3OH şeklinde yazılır, çünkü bu formül molekülde atomların birbirine nasıl bağlandıklarını da gösterir. Örnek 2.3 Aşağıdaki moleküllerin kaba formüllerini yazınız: (a) Kaynak yapımında kullanılan asetilen (C2H2); (b) kan şekeri olarak bilinen glukoz (C6H12O6); ve (c) anestezide kullanılan, “güldürücü gaz” olarak bilinen ve sprey kutularında da itici güç sağlayan diazot monoksit (N2O). Çözüm (a) Asetilende iki tane karbon, iki tane hidrojen atomu vardır. Alt indisleri 2’ye bölerek, kaba formülü CH olarak buluruz. (b) Glukozda 6 tane karbon, 12 tane hidrojen ve 6 tane oksijen atomu vardır. Alt indisleri 6’ya bölerek CH2O kaba formülünü elde ederiz. Alt indisleri 3’e bölseydik C2H4O2 formülünü bulurduk. Gerçi, C2H4O2 formülünde karbon atomlarının hidrojen ve oksijen atomlarına oranı (1:2:1) olup bu atomların C6H12O6 formülündeki oranıyla aynıdır, ancak, C2H4O2 formülünde alt indisler mümkün olan en küçük tam sayılar olmadığından, bu formül en basit formül değildir. (c) N2O’da alt indisler zaten mümkün olan en küçük tam sayılar olduğundan, diazot oksitin kaba formülü ile molekül formülü aynıdır.

İyonik Bileşiklerin Formülleri Örneğin, katı sodyum klorür üç boyutlu ağ örgü yapıda dizilmiş eşit sayıda Na+ ve Cl− iyonlarından oluşur Şekil 2.13 (a) Katı NaCl’ün yapısı. (b) Gerçekte katyonlar anyonlarla temas halindedir. (a) ve (b)’de daha küçük olan küreler Na+ iyonlarını, büyük küreler ise Cl− iyonlarını temsil etmektedir. (c) NaCl kristalleri.

Magnezyum havada yandığında hem magnezyum oksit hem de magnezyum nitrür oluşur.

2.7 Bileşiklerin Adlandırılması Organik bileşikler karbon içerirler ve karbon çoğu zaman hidrojen, oksijen, azot, ve kükürt elementleri ile bileşik halinde bulunur. Geriye kalan diğer bütün bileşikler inorganik bileşikler olarak sınıflandırılır. Ancak, karbon monoksit (CO), karbon dioksit (CO2), karbon disülfür (CS2) gibi karbon içeren bileşikler ve siyanür (CN−), karbonat (CO3 2−) ve bikarbonat (HCO3 −) grupları içeren bileşikler inorganik olarak düşünülür İyonik Bileşikler.

Solda FeCl2, sağda FeCl3 görülmektedir.

Moleküler Bileşikler Çizelge 2.4 Ön Ek Anlamı Mono- 1 Di- 2 Tri- 3 Tetra- 4 Penta- 5 Hekza- 6 Hepta- 7 Okta- 8 Nona- 9 Deka- 10 HCl :hidrojen klorür HBr :hidrojen bromür SiC: silisyum karbür CO karbon monoksit CO2 karbon dioksit SO2 kükürt dioksit SO3 kükürt trioksit NO2 azot dioksit N2O4 diazot tetroksit B2H6 diboran CH4 metan SiH4 silan NH3 amonyak PH3 fosfin H2O su H2S hidrojen sülfür

Örnek 2.7 Aşağıdaki moleküler bileşikleri adlandırınız: (a) SiCl4 ve (b) P4O10. Çözüm (a) Dört tane klor atomu bulunduğundan bileşik silisyum tetraklorürdür. (b) Dört tane fosfor ve on tane oksijen atomu vardır ve bileşik tetrafosfor dekoksittir. Deka ekinden “a” harfinin düşürüldüğüne dikkat ediniz. Alıştırma Aşağıdaki moleküler bileşikleri adlandırınız: (a) NF3 ve (b) Cl2O7. Örnek 2.8 Aşağıdaki moleküler bileşiklerin kimyasal formüllerini yazınız: (a) karbon disülfür ve (b) disilisyum hekzabromür. Çözüm (a) Bileşikte iki tane kükürt, bir tane karbon atomu bulunduğundan formül CS2’dir. (b) Bileşikte iki tane silisyum ve altı tane brom atomu vardır. Bu nedenle formül Si2Br6 dır. Alıştırma Aşağıdaki moleküler bileşiklerin kimyasal formüllerini yazınız: (a) kükürt tetraflorür ve (b) diazot pentoksit.

Asitler ve Bazlar , Asitlerin Adlandırılması Asit suda çözündüğünde hidrojen iyonları (H+) veren bir madde olarak tanımlanabilir. (H+ bir protona eşdeğer olduğundan, proton olarak da adlandırılır.) HCl :hidrojen klorür HCl :hidroklorik asit Hidrojen, oksijen ve bir diğer element (merkez elementi) içeren asitlere oksiasitler denir. 1. “ik” asidine bir tane O atomunun eklenmesi: Bu durumda asit “per. . . . ik” asit olarak adlandırılır. Örneğin, (HClO3) asitine (“ik”) bir tane O atomu eklenmesi ile klorik asit (HClO3) perklorik asite (HClO4) dönüşür. 2. “ik” asidinden bir tane O atomunun çıkarılması: Bu durumda asit “öz” asiti olarak adlandırılır. Buna göre, nitrik asit, (HNO3), nitröz asite (HNO2) dönüşür. 3. “ik” asidinden iki tane O atomunun çıkarılması: Bu durumda asit “hipo. . . öz” asiti olarak adlandırılır. Buna göre, HBrO3, HBrO’ya dönüştüğünde asit hipobromöz asit olarak adlandırılır. H2CO3 karbonik asit HClO3 klorik asit HNO3 nitrik asit H3PO4 fosforik asit H2SO4 sülfürik asit

Bazların Adlandırılması Baz, suda çözündüğünde hidroksit iyonları (OH−) veren bir madde olarak tanımlanabilir. Aşağıda bazı örnekler verilmiştir: NaOH sodyum hidroksit KOH potasyum hidroksit Ba(OH)2 baryum hidroksit Hidratlar Hidratlar bileşimlerinde belli sayıda su molekülü bulunan bileşiklerdir. BaCl2 ·2H2O baryum klorür dihidrat LiCl .H2O lityum klorür monohidrat MgSO4·7H2O magnezyum sülfat heptahidrat Sr(NO3)2·4H2O stronsiyum nitrat tetrahidrat Şekil 2.16 CuSO4 · 5H2O (solda) mavidir.CuSO4 (sağda) beyazdır.

2.8 Organik Bileşiklere Giriş Organik bileşiklerin kimyası büyük oranda, molekülde belli biçimde bağlanmış bir veya birkaç atomun oluşturduğu fonksiyonel gruplara bağlıdır. Örneğin metan molekülündeki bir H atomu, bir hidroksil (−OH), bir amin (−NH2), ya da bir karboksil (− COOH) grubu ile yer değiştirirse aşağıdaki moleküller oluşur.