1. Ünİte · su, taş, toprak, kitap sıra… vb. maddeler gö-rebildiğimiz maddelerdir. bazı...

1. ÜNİTE

ELEKTRON TEORİSİ

KONULAR1. MADDE MOLEKÜL VE ATOM

2. ATOMUM YAPISI, SERBEST ELEKTRON,İYON KAVRAMI

22

3. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞIELEKTRİK BİLGİSİ

1.1 MADDE MOLEKÜL VE ATOMAtom, onlarca küçük parçacıktan oluşsa da maddenin en temel yapı birimi

olarak kabul edilmektedir. Elektrik enerjisinin elde edilmesi, iletimi (taşınması) ve kullanılmasını anlamak için atomun yapısına ilişkin temel düzeyde bir bilgiye sahip olmak gerekmektedir.

Fiziksel Özelliklerine göre maddeler genelde üç gurupta incelenir;

1.1.1 Maddenin Katı HaliGenel olarak katı halde bulunan cisimler dış etkilere karşı dayanıklıdırlar. Bi-

çimlerini değiştirmek ya da parçalamak için, bunlara dışardan belli bir kuvvet uy-gulamak gerekir. cismin bu dış kuvvete karşı gösterdiği direnç onun sağlamlığını belirtir. Her cisim için ayrı olan ve bu sağlamlığı veren katsayılar vardır. Bu katsayılar cismin, çekmeye, basmaya, eğmeye, vurmaya karşı dayanma derecelerini bildirirler. Çok kullanılan cisimler için deneyler yapılarak bu katsayıların cetvelleri hazırlanmış-tır. Çapı belli olan bir demir çubuğun kopmadan kaç kilogramlık bir ağırlık taşıyabi-leceği ya da betonun ne kadar basma kuvvetini karşılayabileceği bu katsayılar yar-dımıyla önceden hesaplanabilir.

Katı cisimlerin hepsi belli bir kuvvete kadar esnekliklerini kaybetmezler. Yani onlara uygulanan kuvvet esneklik sınırlarını aşmıyorsa, kuvvet üstlerinden kalkınca eski biçimlerini alırlar. Esneklik sınırı çok yüksek olan bu katı cisimlere, esnek cisimler denir. Lastik, kauçuk, çelik gibi maddelerden yapılmış cisimler esnek cisimlerdir. Bu cisimlere de kendi esneklik sınırlarını aşan kuvvetler uygulanırsa, kuvvet kaldırıldık-tan sonra da cisim eski biçimine dönemez. Uygulanan kuvvet çok büyükse, cismin kopma sınırı da aşılmış olur ve cisim parçalanır.

Resim 1.1 Maddenin katı hali

23


Her katı cisim ısıtılarak sıvı, daha çok ısıtılarak gaz haline geçirilebilir. Bu işlem için gerekli ısı miktarı her cisim için ayrıdır. Bu işlemin tersi de doğrudur. Gaz halin-deki cisim soğutularak sıvı, daha da çok soğutularak katı hale geçirilebilir. Bu olaya katılaşma ya da donma adı verilir.

Katılaşma olayından yararlanılarak döküm yapılır. Kullanılacak madde ısıtılarak sıvı hale geçirilir, istenilen biçimdeki kalıbın içine akıtılır ve soğutularak katılaştırılır. Kalıp çıkarılınca madde istenilen biçime girmiş olur.

1.1.2 Maddenin Sıvı HaliNormal şartlar altında sıvı halde bulunan birçok cisim vardır. Su, bunun en çok

bilinen örneğidir. Madenlerin içinde de cıva, normal şartlar altında sıvı halde bulu-narak bir ayrıcalık gösterir.

Sıvılar, dokundukları her yüzeye basınç yaparlar. Bu basınç hem içinde bulun-dukları kabın yan ve dip yüzeylerine, hem de sıvının içinde bulunan herhangi bir cismin bütün yüzeylerine uygulanır. Derine indikçe bu basınç artar. Denizaltıların uğradığı basınç bunun örneğidir. Hesaplanan derinlikten daha aşağılara inen bir de-nizaltı, su basıncı yüzünden parçalanabilir.

Ayrıca, sıvıların hareket ve denge durumundaki etkileri de değişiktir. Denge durumundaki sıvıları inceleyen bilim koluna hidrostatik, hareket durumundaki sı-vıları inceleyene de hidrodinamik denir. Bu bilim kolları teknik alanlarda sıvılardan yararlanma yollarını açmıştır. Sıvıların kinetik enerjileri (hareket enerjileri) ve potan-siyel enerjileri (durumlarından doğan enerji) birçok işte kullanılır.

Sıvılar ısıtılarak gaz haline geçirilebilir. Tekrar soğutulunca da sıvılaşır. Da-mıtma (bir sıvıyı içindeki yabancı maddelerden temizleme) işleminde bu olaydan yararlanılır. Yalnız, soğutmayı sürdürerek, her sıvının katılaşması sağlanamaz. Birkaç sıvı için bu yapılabilir. Bu sıvılardan biri de sudur. Su0°caltında katılaşır (buz olur).0°cile 100° c arasında sıvı haldedir. 100° c’in üstüne çıkartılırsa gaz haline ge-çer (buharlaşır).

Resim 1.2 Maddenin Sıvı Hali

24


1.1.3 Maddenin Gaz HaliGazların belirli bir hacmi ve belirli bir biçimi yoktur. Bu yüzden elle tutulan

gözle görülen cisimlere benzemezler. Çoğu zaman varlıkları bile anlaşılmaz. Bir gaz cisim, içine girdiği kabın biçimini alır. Kabın büyüklüğüne göre genişler ya da sıkışır. Gazlar çok hafif cisimlerdir. Su, bir gaz karışı mı olan havadan 800 kat ağırdır.

Gazların esnekliği çok büyüktür. Üzerlerine uygulanan kuvvetle (basınçla) is-tenildiği kadar sıkıştırılabilirler. Uygulanan kuvvet kalkınca da hemen eski durumla-rına geçerler. Gaz cisimler de içinde bulundukları kabın yüzeylerine basınç yaparlar. Bu basınç hacimleriyle ilgilidir. Hacim küçültüldükçe basınç artar. Gazların hacim ve basınçlarının sıcaklıkla da ilgisi büyüktür. Isıtılan gazın hem hacmi hem de basıncı artar.

Hemen hemen bütün gazlar sıvı hale geçirilebilir. Bunun için gazlar yüksek basınç altında soğutulur. Bazı gazlar çok düşük sıcaklıklarda basınçsız da sıvılaştırı-labilir.

Gaz cisimlerin kullanılma alanı çok büyüktür. Teknikte ve günlük işlerde yaka-caktan içilen gazoza kadar birçok şeyin içinde gazlar kullanılır.

Katı maddelerin ısıtılınca doğrudan gaz hâle geçmesine süblimleşme denir.

Resim 1.3 Maddenin gaz hali

1.1.4 Maddenin ÖzellikleriÇevreye bakıldığında çok sayıda ve özellikleri değişik varlıkların olduğu gö-

rülür. Çevrede görülen her şey maddedir. Bizde bir maddeyiz. Yeryüzü çok çeşit-li maddelerin bir topluluğudur. Hava su toprak ve güneş kainatın en önemli dört maddesidir. Bazı bilim adamları yeryüzündeki maddelerin kaynağının bunlar oldu-ğunu söylemişlerdir.

25


Maddelerin çoğunu görebiliriz. Su, taş, toprak, kitap sıra… vb. maddeler gö-

rebildiğimiz maddelerdir. Bazı maddeleri ise göremediğimiz halde duyu organları-mızla hissedebiliriz. Hava ve koku gibi maddeleri göremeyiz ama hissedebiliriz.

Isı, ışık, ses, düşünceler veya fikirler ise madde değildir.

1.1.4.1 Maddelerin Ortak ÖzellikleriBütün maddelerde bulunan özelliğe ortak özellik denir. Bütün maddelerin

hacmi ve kütlesi vardır. Ağırlık ortak özellik olarak akla gelebilir ama, bir maddenin uzayın her yerinde kütlesi olduğu halde bazı yerlerde ağırlığı sıfır olabilir. Yani ağırlık ortak özellik değildir.

Maddelerin, renk, koku, tat, biçim ve sıcaklık gibi özellikleri de vardır. Renk, koku ve tat bazen ortak, bazen de ayırt edici özelliktir. Örneğin tuz ve kömürü ren-gine bakarak ayırt edebiliriz. Tuz ve toz şeker gibi maddeleri rengine bakarak ayırt edemeyiz. Maddeyi gruplandırmak ve bu gruplandırma hakkında genelleme yapa-bilmek için maddeler arasında maddenin rengine, kokusuna, canlı ya da cansız olu-şuna bağlı olmayan ortak özellikler aranır.

Bu ortak özellikler;

• Eylemsizlik

• Hacim

• Kütle

• Tanecikli Yapı

Eylemsizlik: Maddenin doğal durumunu koruma isteğine Eylemsizlik denir. Duran bir araç aniden harekete geçerse araç içerisindeki cisimler aracın arkasına doğru hareket ederler, araç aniden fren yaptığında cisimler aracın ön tarafına doğru hareket eder. Dolmuş veya Otobüs içerisinde giderken şoförün aniden fren yapması durumunda bütün yolcular öne doğru giderler. Yolcuların bu şekilde hareket etme-sinin sebebi eylemsizlik kuvvetinden kaynaklanır.

Kütle: Bir maddenin madde miktarına kütle denir. Kütle tanecik sayısıdır diye-biliriz. Bu nedenle kütle miktarı bulunduğu yere göre değişiklik göstermez. Günlük hayatda kütle ve ağırlık birbiriyle karıştırılır. Ancak aynı şeyler değildir. Ağırlık Dün-yanın, cismin kütlesinden dolayı uyguladığı bir kuvvettir. Ağırlık bulunulan ortama göre değişiklik gösterebilir. Örneğin bir cismin Dünyada ve Ayda ki ağırlıkları birbi-rine eşit değildir, ama kütleleri eşittir.

Hacim: Maddenin boşlukta kapladığı yere Hacim denir. Bütün maddelerin bir hacmi vardır. Birimi m3 tür.

26


Tanecikli yapı: Bütün maddeler, maddenin en küçük yapı taşı olan atomlardan oluşmuştur.

1.1.4.2 MADDENİN AyIRT EDİCİ ÖzELLİKLERİBir maddeyi diğerlerinden ayırmamıza ve ayırdığımız maddeyi tanımamıza ya-

rayan özelliklere denir. Bu ayır edici özellikler, fiziksel , kimyasal, biyolojik, nükleer... şeklinde sınıflandırılabilir. Tabloda bazı ayırt edici özelliklerin hangi fiziksel hallerde ayırt edici olduğu görülmektedir. şimdi bu tablodaki özellikleri tek tek inceleyelim.

Grafik 1.1: Maddenin Temel Özellikleri

Kaynama Noktası: Isıtılan sıvılar önce buharlaşmaya daha sonra kaynamaya başlarlar. Kaynama sırasında ısıtma devam eder ancak sıcaklık sabit kalır. Bu sıcaklı-ğa maddenin kaynama noktası denir. Her maddenin kaynama noktası farklıdır. Kay-nama noktasına bakılarak maddenin ne olduğunu anlamak mümkündür. Su deniz seviyesinde 100 ˚c’de kaynar. Suyun kaynama sıcaklığı deniz seviyesinden yüksek bölgelerde 100 ˚c’nin altına düşer. Maddeler kaynama sıcaklığına ulaştığında sıcak-lığı belli bir süre sabit kalır.

Madde saf değilse kaynama sıcaklığı değişir. Bir sıvının içinde başka bir madde varsa (tuzlu su, şekerli su) sıvının kaynama sıcaklığı artar.

Erime Noktası : Katılar ısıtılarak sıcaklıkları artırıldığında erimeye başlarlar. Ka-

27


tının erimesi için belli bir sıcaklığa ulaşması gerekir. Bu sıcaklık erime süresince sabit kalır ve erime noktası olarak isimlendirilir. Erime noktası her maddede farklıdır.

Sıvı haldeki maddelerin sıcaklığı belli bir değer düştüğünde donmaya başlar-lar. Donma olayı boyunca sıcaklık sabit kalır. Bu sıcaklığa donma noktası denir. Her maddenin donma noktası farklıdır.

Saf maddelerin donma ve erime noktaları aynıdır. Erime ve donma noktaları, maddelerin ayırt edici özelliğidir.

Yoğunluk: Çevremizde bulunan bazı maddeler suda yüzer, bazıları ise batarlar. Kocaman bir tekne suda yüzerken bizim suya attığımız küçücük bir taş batar. Bu olay maddelerin kütle ve hacimleriyle ilgilidir. Hacmi küçük olduğu halde kütlesi büyük olan maddelere yoğun maddeler denir. Yoğun maddelerin birim hacminde bulunan madde miktarı fazladır. Örneğin; eşit büyüklükteki bir tahta parçası ile bir demir par-çasını elimize aldığımızda demir parçasının daha ağır olduğunu görürüz.

Yoğunluğu suyun yoğunluğundan fazla olan maddeler suda yüzemez, batar-lar. Yoğunluğu suyun yoğunluğundan az olan maddeler ise suda yüzebilirler.

Yoğunluk, maddenin kütle ve hacmiyle ilgilidir. Bir maddenin kütlesinin hac-me oranı, o maddenin yoğunluğudur. Bir maddenin yoğunluğunu bulmak için; küt-lesi hacmine bölünür.

Yoğunluk =

Tablo 1.1 Bazı af maddelerin erime ve donma noktaları

28


ÖRNEK 1:

Kütlesi 50 g olan bir maddenin hacmi 40 mL’dir. Bu maddenin yoğunluğu kaç g/mL’dir?

ÇÖZÜM:

Yoğunluk = 50/40 =1,25 g/ml dir.

1.2 ATOMUM yAPISI, SERBEST ELEKTRON,İyON KAVRAMI

1.2.1Atomun yapısı Bir atom temelde iki kısım ve üç parçacıktan oluşur. Atomun merkezinde yer

alan parçacıklar protonlar ve nötronlardır.

Şekil 1.1 Helyum (He) atom modeli

Protonlar ve nötronlar bir arada bulunurlar ve atomun çekirdeğini oluşturur-lar. Elektronlar ise yörüngelerde bulunurlar (şekil 1.1).

şekilde görüldüğü gibi çekirdek parçacıklarından protonun elektriksel yükü pozitif (+) iken nötronun elektriksel yükü sıfır (0) yani yüksüzdür. Yörüngede dairesel olarak hareket eden elektronun yükü ise negatiftir.

Normal koşullarda bir atom yüksüzdür. Bir atomda normalde proton sayısı ka-dar nötron ve aynı sayıda elektron vardır. Bazı atomların proton ve nötron sayıları farklı olabilir. Proton sayıları aynı nötron sayıları farklı bu atomlara izotop atom denir.

Bir veya daha çok elektron kazanmış ya da yitirmiş bir atomdan (veya bir atom grubundan) oluşmuş elektrik yüklü parçacığa iyon denir. Pozitif (+) elektrik yüklü iyonlara katyon, negatif (–) elektrik yüklü iyonlara ise anyon denir.

29


Şekil 1.2: Radon (Rn) atom modeli

Bir atom an az bir ve en fazla yedi (7) yörüngeden (K-L-M-N-O-P-Q) oluşur (şekil 1.2).

Güncel bilgilerimize göre yüzün (100) üzerinde element vardır. Bir element aynı cins atomlardan oluşur. Madde, elementlerden oluştuğuna göre farklı atom ya-pıları söz konusudur. Atomların birbirlerinden farkları parçacık sayıları ve parçacık dizilimlerinden kaynaklanmaktadır.

1.2.2 Serbest (valans) Elektronlar Bir atomun son yörüngesine valans bandı denir. Valans bandında bulunan

elektronlara serbest elektron, valans ya da değerlik elektronu denir (şekil 1.3).

Şekil 1.3: Bakır (Cu) atomu modeli

30


1.2.3 İyonlarAtomlar kararlı yapıya ulaşabilmek için son enerji düzeylerindeki elektron sa-

yılarını sekize tamamlamak ister. Bunun içinde atomlar birbirleri ile elektron alışve-rişinde bulunurlar.

Dışarıya elektron veren atomlar, verdikleri elektron sayısı kadar pozitif elektrik ile yüklenir. Örneğin 1 elektron veren atom +1, 2 elektron veren atom +2 yüke sahip olur.

Dışarıdan elektron alan atomlar ise aldıkları elektron sayısı kadar negatif elekt-rik ile yüklenir.1 elektron alan atom -1, 2 elektron alan atom ise -2 yüke sahiptir.

31


ÖzETÇevremizde gördüğümüz demir, bakır, altın, hava, toprak, su, tahta gibi kütlesi

ve hacmi olan varlıkların hepsi birer maddedir. Maddelerin tanecikli yapıda bulun-ma ve eylemsizlik gibi özellikleri vardır.

Varlığını hissettiğimiz fakat kütlesi ve hacmi olmayan ses, elektrik, ısı ve ışık gibi kavramlar sadece bir enerji çeşididir.

Boşlukta yer kaplayan kütlesi, hacmi ve eylemsizliği olan bütün varlıklara madde, maddelerin şekil almış hâline ise cisim denir.

Fiziksel hâllerine göre maddeler genel olarak üç grupta incelenir;

Katı Hâl: Katı maddelerin en belirgin özelliği, belirli bir şekil ve hacimlerinin olmasıdır. Katı hâldeki maddelerin tanecikleri birbirine çok yakındır. Katı hâl madde-lerin en kararlı hâlidir. Örneğin; bakır, çinko, gümüş, altın ve tahta gibi katı maddeler işlenerek tel ve levha haline getirilir.

Sıvı Hâl: Katı maddelere oranla sıvı maddelerin tanecikleri arasındaki boşluk-lar daha fazladır. Bu nedenle sıvı maddeler akışkanlık özelliğine sahiptir. Sıvıların da katilar gibi bir hacmi olmasına karşın belli bir şekilleri yoktur. civa, benzin, su ve zeytinyağı gibi sıvı cisimler konuldukları kabın şeklini alırlar.

Gaz Hâl: Maddelerin en düzensiz hâlidir. Gazların tanecikleri arasındaki boş-luklar çok fazladır. Bu nedenle gazlar difiizyon adı verilen yayılma özelliğine sahiptir. Gazların belli bir şekil ve hacimleri yoktur. Gazlar da sıvılar gibi bulunduğu şeklin hacmini alırlar. Hava, oksijen, azot, hidrojen ve karbon dioksit gibi maddeler gaz hâlindedir.

Temel özellikleri açısından maddeler ortak ve ayırt edici olmak üzere iki kısma ayrılır. Bütün maddelerin sahip olduğu temel özelliklere ortak özellikler denir. Katı, sıvı ve gaz hâlinde bulunan bütün maddeler, tanecikli yapıda olma dışında kütle, hacim ve eylemsizlik gibi temel ortak özelliklere sahiptir.

Madde miktarına kütle denir. Kütle, madde miktarı ile ilgili bir büyüklüktür. Madde miktarı arttıkça kütle de artar.

Uluslararası birim sisteminde (SI), kütle (m) harfi ile gösterilir. Kütle birimi ki-logram (kg) dır. Küçük miktardaki kütle ölçümleri için gram (g) ve miligram (mg) da yaygın olarak kullanılır.

Maddenin şekline, rengine ve türüne bağlı olmayan bir özelliği ile ilgili kütle-sinin ölçümü terazi ile yapılır. Bir maddenin kütlesi, terazide standart kütle olarak kabul edilen birim kütlelerle karşılaştırılarak ölçülür.

Bir maddenin uzayda kapladığı yere o maddenin hacmi denir. Her maddenin kapladığı yer farklıdır.

32


Hacim ( V ) harfi ile gösterilir. Uluslar arası birim sisteminde (SI) hacim birimi metre küptür ( m3).

Sıkça kullanılan hacim birimlerinden birisi de litredir. Litre L harfi ile gösterilir. 1 L = 1 dm3

Doğada bulunan bakır, demir, cıva, oksijen ve hidrojen gibi cisimler, element adı verilen basit maddelerin birleşiminden meydana gelir. Elementler katı, sıvı ve gaz halinde bulunurlar. Fiziksel ve kimyasal yollarla kendisinden daha basit madde-lere ayrıştırılmazlar.

Su, elektroliz edildiğinde kendisini meydana getiren oksijen ve hidrojen gaz-larına ayrıştırılır. Ancak ayrışan oksijen ve hidrojen gazlan hiçbir ayırma işlemi ile kendisinden başka daha basit maddelere ayrıştırılamaz.

Günümüzde bilinen ve sembollerle gösterilen element sayısı 115’dir. Bu ele-mentlerden 90 tanesi doğal, geriye kalan 25 tanesi ise yapay olarak laboratuvarlarda üretilir.

Isıtma işlemi sonucu oluşan ve başlangıçtaki maddelerin özelliklerini taşıma-yan maddeye bileşik denir.

iki veya daha fazla sayıdaki saf maddenin kimyasal özelliklerini kaybetmeden bir araya gelmesiyle Karışımlar meydana gelir.

Maddeler fiziksel ve kimyasal özelliklerine bakılarak birbirlerinden ayırt edile-bilir. Öz kütle, ısı ve elektrik iletkenliği, esneklik, genleşme, renk, çözünürlük, sertlik, öz ısı, erime noktası, kaynama noktası, fiziksel hâl gibi maddenin dış yapısı ile ilgili olan özelliklere fiziksel özellikler denir. Maddelerin sadece fiziksel görünümlerinin değişikliğe uğramasına da fiziksel değişme denir.

Maddelerin yapılarının bozularak özelliklerini kaybetmesine kimyasal değiş-me denir. Yanma, oksitlenme, paslanma, çürüme ve ekşime gibi olaylar kimyasal de-ğişim sonucunda olur.

Karışımı meydana getiren maddeler gözle ayırt edilebiliyor ise bu tür karışım-lara heterojen karışım denir.

Karışımı meydana getiren maddeler gözle ayırt edilemiyor ise bu tür karışım-lara homojen karışım denir. Homojen karışımlara kısaca çözelti de denir.

Çözeltiler, çözen ( çözücü ) ve çözünen olmak üzere iki farklı maddeden oluşur.

Çözünürlük, kaynama noktası, erime noktası, öz kütle (yoğunluk), iletkenlik, koku ve sertlik gibi bir maddeyi diğer maddelerden ayırmaya yarayan temel özelliğe ayırt edici özellik denir.

Karışımlar ister homojen isterse heterojen olsun fiziksel yollarla ayrılabilmek-tedir. Bunun için eleme, süzme, yüzdürme, ayıklama, damıtma, çözündürme, kristal-lendirme ve mıknatıslanma gibi ayırma yöntemleri kullanılır.

33


DEĞERLENDİRME SORULARI1-Aşağıdakilerden hangisi enerji çeşidi değildir?

A. ses B. ısı c. ışık D. altın

2-Maddelerin yapılarının bozularak özelliklerini kaybetmesine ne denir?A. Fiziksel değişme B. Kimyasal değişme c. Karışım D. Bileşim

3-Kendi karakteristik özelliklerini korumak koşulu ile bir bileşiğin ayırabildiği en küçük parçasına ne denir?

A. Element B. Atom c. Molekül D. Bileşik

4-Bir elementin bütün özelliklerini gösteren en küçük parçasına ne ad denir?A. Elektron B. Molekül c. Element D. Atom

5-Elektron vermiş olan atomlara ne ad verilir?A. iyon B. nötron c. proton D. izotop

1. Ünİte · su, taş, toprak, kitap sıra… vb. maddeler gö-rebildiğimiz maddelerdir. bazı...

Documents