GENEL KİMYA

2012-2013 Yaz okulu

2

Kimya Nedir?

Kimya maddeleri ve maddelerin uğradıkları değişiklikleri inceleyen bilim dalıdır.

Fiziksel evrende yer alan ya da alabilecek maddelerin temel yapılarını, bileşimlerini, dönüşümlerini inceleyen ve büyük ölçekli üretim yöntemlerini de araştıran bir bilim dalıdır.

3

Kimya günümüzde birçok ana bilim dalına ve bunların alt dallarına ayrılmıştır. Beş temel anabilim dalı:

ORGANİK KİMYA: C ve onun 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 etkilerin inceler.

Bunlara bağlı alt bilim dalları: polimer kimyası, çevre kimyası, petrol kimyası, korozyon kimyası, termokimya, elektro kimya … ve diğerleri

Kimya Tarihi

Kimya bilimi 17. yüzyıldan (Aydınlama Çağı) itibaren gerçek bir bilim kimliğini kazanmaya başlamıştır.

Endüstrileşmenin (19. y.y.) başlamasıyla, endüstrinin ihtiyacı olan yöntemlerin, maddelerin ve tepkimelerin araştırılması ve deneyciliğin gelişmesi kimyanın bilime dönüşmesine katkı sağlamıştır.

4

Kimya Tarihi

17., 18. ve 19. yüzyıllarda yaşamış olan Toricelli, Boyle-Mariotte, Francis Bacon, Lavoisier, John Dalton dönemin kimyaya katkı getiren önemli bilginlerindendir.

John Dalton 1803 yılında yayınladığı Atom Teorisi kitabi ile bu teorinin kurucuları arasında yer almıştır.

5

Kimya Tarihi

6

• 18. yüzyılda yaşamış olan Fransız kimyager Lavoisier modern kimyanın kurucusu olarak kabul edilir.

• Newton fizik için neyse, Lavoisier’de kimya için odur.

•Lavoisier, havanın çeşitli gazlardan oluştuğunu keşfetmiş, yanma olayını açıklamış, kimyada kullanılan dili kolaylaştırmıştır. Bugün kullandığımız element isimleri ve sembollerini büyük ölçüde Lavoisier geliştirmiştir.

Kimya ve İnsan

Kimya maddenin yapıtaşlarıyla ilgilendiğinden aslında bütün evrenle ilgilenir. Yani yeryüzündeki bütün bilim dallarıyla doğrudan ilişkisi vardır.

Yeryüzünün en gelişmiş ve kompleks varlığı insanın kimyasal bileşimi:Fosfor 700 g, Hidrojen 7000 g, Azot 2100 g, Oksijen 45500 g, Klor 105 g, Kükürt 175 g, Karbon 12060 g, Magnezyum 35 g, Demir 2,8 g, Potasyum 245 g, Kalsiyum 1050 g

7

Ölçme ve Sonuç Bildirme

Kimya deneysel bir bilimdir. Deneyler yapılarak bir takım ölçüler alınarak bir sonuca varılır. Deneylerde hatanın en az olması istenir. Deney hataları; deney yapanın kendisinden, seçilen yöntemin uygunluğundan, kullanılan bağıntılardan ve ölçü aletlerinin durumundan kaynaklanabilir. Kimyada deneylerin tekrarlanabilirliği temel esastır.

8

9

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? 3.14159265358979323846264338327950288419716939

93751058…………….

Anlamlı Rakam Sayısı

Sayılar, kesin sayılar ve ölçme sayıları olarak ikiye ayrılırlar. Kesin sayılar belirsizliği olmayan sayma sayıları ve tanım sayılarıdır. Ölçme sayıları ise bir ölçme sonucu elde edilen ve son hanesinde belirsizlik bulunan sayılardır. Hiç bir ölçme sonucunda kesin sayılar elde edilemez. Ölçme sayılarının da son hanesindeki rakamda belirsizlik vardır. Fakat son hanedeki rakamın önündeki rakamlar kesin olarak bilinen rakamlardır. Kesin olarak bilinen rakamlarla belirsizlik olan rakamların tümüne birden anlamlı rakamlar denir:

25 (belirsizlik 1) , 2300 (belirsizlik 100)

2300. (belirsizlik 1) , 0.029 (belirsizlik 0.001)

10

11

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

12

Birim Sistemi

MADDE MİKTARI: MolHACİM: Litre, ml, cm1000 cm3=1000 ml= 1 ltUZUNLUK: Metre (ve alt ve üst katları)Angstrom (Å) = 10-10 m1 inç= 2.54 cm=25.4 mm

13

Birim Sistemi

SICAKLIKCelcius (C) (t)Kelvin (K) (T)Fahrenhayt ( F)(F)

T= t+27325 C= 25+273 K= 298 K

14

Birim Sistemi

t oC= 5/9 (F-32)

Örnek: Vücut sıcaklığı yaklaşık 36 oC’dir. Bunu Fahrenhayta çeviriniz

36 oC = 5/9 (F-32)F= 96.8 oF

15

Birim Sistemi

BASINÇAtm, Bar, Torr, mm-Hg

1 atm= 760 torr=760 mm-Hg1 bar = 750.062 torr = 0.9869 atm

16

Birim Sistemi

Birim sistemlerinde kullanılan alt ve üst kat önekleri

ÖNEK KAT SEMBOLmili 10-3 kat mkilo 103 kat kmikro 10-6 kat nano 10-9 kat n

17

Birim Sistemi

Kimyada Kullanılan Bazı SabitlerR (İdeal Gaz Sabiti)R=0.082 lt.atm./mol. KR=1.987 kal./mol. K R= 8.314 j/mol. K NA=Avagadro sayısı = 6.02X1023

18

ÇEVİRME FAKTÖRÜ

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

İstenen miktarve birimi

XVerilen miktarve birimi

Çevirmef aktörü

19

ÇEVİRME FAKTÖRÜ

Örnek: 36 km/saat kaç m/sn’dir?

?m

sn36

kmsaat

X1000 m

1 kmX

1 saat

3600 sn

İstenen miktarve birimi

Verilen miktarve birimi

Çevirmef aktörü

10 m/sn

20

Maddenin Yapısı

Madde:

Tanecikli yapıda Boşluklu yapıdaHareketli yapıda

21

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.

22

Maddenin Yapısı

Maddedeki tanecikler:

AtomlarMoleküllerİyonlar

23

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.

24

Maddenin Yapısı

Tanecikleri iyonlar olan maddelere örnekler:

Sodyum klorür (yemek tuzu) NaCl Na+, Cl-

Kalsiyum Karbonat (kireç taşı) CaCO3 Ca2+, CO3

2-

Sodyum karbonat (çamaşır sodası) Na2CO3 2Na+, CO3

2-

25

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.

26

Maddenin Yapısı

Maddenin Taneciklerinin HareketliliğiMaddenin 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?

27

Maddenin Halleri

Maddenin bulunma durumlarına maddenin halleri denir.

Maddenin halleriKatıSıvı GazPlazma

28

Maddenin Halleri

29

Maddenin Halleri

Su molekülünün üç hali

H2O(k) H2O(s) H2O(g)

30

Su molekülünün üç hali

31

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.

Kibrit alevi, floresan lambadaki ışıldama maddenin plazma haline örnek verilebilir.

32

Maddenin Halleri

Madde Hallerinin ÖzellikleriHal ÖzellikKatı(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.

33

Maddedeki Hal Değişimleri

Katı

SIVI

Gaz

Buharlaşa Yoğunlaşma

Erime Donma

Kır

ağıl

aşm

a

Süb

lim

leşm

e

34

Maddenin Sınıflandırılması

Çevremizde görülen bütün maddeler aşağıdaki gibi sınıflandırılır.

Madde

Saf maddeler Karişimlar

Elementler Bileşikler HomojenKarişimlar

HeterojenKarişimlar

Süspansiyonlar (Kireçli su)

Emülsiyonlar (Yağ+su)

f iziksel yöntemlerleayrilabilir

Kimyasal yöntemlerle ayrilabilir

Aerosol (sis)

35

Elementler

Aynı cins atomlardan oluşan maddelere element denir.

Elementler saf maddelerdir.Günümüzde 115 civarında element

bilinmektedir. Bunların 88 tanesi doğal, diğerleri yapay elementlerdir.

36

Bileşikler

Farklı cins element 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.

37

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

38

Karışımlar

Bileşimleri belli bir kimyasal formülle ifade edilemeyen maddelerdir.

Karışımların erime ve kaynama noktaları sabit değildir.

Tuzlu su, içme suyu, çay, kahve, odun, toprak, taş ve süt karışımlara örnek olarak verilebilir.

39

Homojen Karışımlar

Her tarafında aynı özelliğe sahip olan karışımlara homojen karışım denir.

Alaşımlar ve çözeltiler, homojen karışımlardır.

Çözelti; çözünen ve çözücü’den oluşup çeşitli şekillerde elde edilebilirler.

40

Çözeltiler

Çözelti çeşidi Örnekler

Sıvı-sıvı Kolonya

Katı-sıvı Tuzlu su, şekerli su

Katı-katı Alaşımlar (pirinç, çelik,lehim vb.)

Sıvı-gaz Kolalı içecekler, suda çözünmüş oksijen

Gaz-gaz saf hava

41

Heterojen Karışımlar

Her tarafında aynı özelliğe sahip olmayan karışımlara heterojen karışım denir.

Heterojen karışımlarda iki faz ayrı ayrı görülür.

42

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.

43

Aerosol (Heterojen karışım)

Bir sıvının yada bir katının gaz içinde çözünmesi

Örneğin; Sıgara dumanı (Gaz içinde katı)Toz bulutu (Gaz içinde katı)Sis (Gaz içinde sıvı)Köpük (Gaz içinde sıvı)Deodorant (Gaz içinde katı)

44

Karışımların Ayrılması

Çevremizde görülen bir çok madde, saf maddelerin karışımından oluşmuş karışımlar olup, bu karışımlar çeşitli yöntemler kullanılarak bileşenlerine ayrılabilir.

45

Süspansiyonların Ayrılması

Süspansiyonlarda, katı ve sıvı faz süzülerek birbirinden kolayca ayrılabilir.

Süzme işleminde, suda dağılmış olan katı maddenin tanelerinin geçemeyeceği kadar küçük gözenekleri olan süzgeç kağıtları kullanılır.

Katı tanecikler, süzgeç kağıdının üzerinde kalır ve sıvı kısım süzgeç kağıdından geçer.

46

Çözeltilerin Ayrılması

Katı-sıvı homojen karışımlar, buharlaştırma yada damıtma (destilasyon) ile bileşenlerine ayrılır.

Buharlaştırma işleminde, sıvı kısım buharlaşır ve katı kısım buharlaştırma kabında kalır.

47

Çözeltilerin Ayrılması

Sıvı-sıvı homojen karışımları bileşenlerine ayırmanın en uygun yolu, damıtma (destilasyon) yöntemini uygulamaktır.

Bu yöntemle, kaynama noktaları birbirinden farklı, iki yada daha fazla sıvı birbirinden kolayca ayrılabilir.

48

Çözeltilerin Ayrılması

Katı-sıvı ve sıvı-sıvı karışımları ayırma işleminde kullanılan basit damıtma (destilasyon)düzeneği

49

Vakum Destilasyonu

VAKUM

Vakumlu Destilasyon1-Yüksek kaynama noktasına sahip sıvıların destilasyonu2-Kaynama noktasında bozunan sıvıların destilasyonu Evaparatör

Döner Buharlaştırıcı

50

Emülsiyonların (birbiri içerisinde karışmayan sıvıların) Ayrılması

Emülsiyonlar (sıvı-sıvı heterojen karışımlar) öz kütle farkından yararlanılarak, bileşenlerine ayrılırlar.

Bu iş için ayırma hunisi adı verilen özel bir alet geliştirilmiştir.

51

Katı Karışımların Ayrılması

Katı karışım; tuz-şeker, kum-tuz, un-tuz gibi iki bileşenli ise, katının birini çözecek diğerini çözmeyecek uygun bir çözücü kullanılarak, katı karışım süspansiyona dönüştürülür.

Süspansiyon süzülerek bileşenlerden biri (süzgeç kağıdında kalan) ayrılır.

Süzüntü buharlaştırıldığında, çözücü buharlaşır ve çözünen katı kapta kalır.

52

Katı Karışımların Ayrılması

Soru: Tuz ve şeker karışımı (katı-katı) bileşenlerine nasıl ayrılır?

53

Kimyasal Yolla ayrıştırma

Bileşikler kimyasal yolla elementlere yada farklı yapıdaki bileşiklere dönüştürülebilir.

2 HgO(k)Isı

2 Hg(s) + O2(g)

2 KClO3(k)Isı

2 KCl(k) + 3 O2(g)

2 H2O(s)elektroliz

2 H2(g) + O2(g)

54

Maddenin Genel Özellikleri

Hacim

Kütle

Eylemsizlik

Hissetme

55

Maddenin Ayırt Edici Özellikleri

1-) Fiziksel Özellikler

2-) Kimyasal Özellikler

56

Maddenin Ayırt Edici Özellikleri

Ayırt Edici Özellik Katı Sıvı Gaz

Özkütle + + +

Erime noktası + - -

Donma noktası - + -

Kaynama noktası - + -

Yoğunlaşma noktası

- - +

Çözünürlük + + +

Genleşme + + -

Esneklik + - -

Elektrik iletkenliği Metaller için - -

57

Maddenin ayırt edici özellikleri

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

58

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 göstermeyebiliyor.

59

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.

60

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 yada diğer kimyasal maddelerle yeni maddeler oluşturabilme yeteneğine maddenin kimyasal özellikleri denir.

61

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.

62

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.

63

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.

Reaksiyona Girenler (Reaktantlar) Ürünler

64

Ekzotermik ve Endotermik Reaksiyonlar

Çevreye ısı vererek yürüyen reaksiyonlara “ekzotermik reaksiyonlar” denir.

Çevreden ısı alarak yürüyen reaksiyonlara “endotermik reaksiyonlar” denir.

65

Ekzotermik ve Endotermik Reaksiyonlar

Yanma reaksiyonları ekzotermik, bozunma reaksiyonları ise endotermik reaksiyon çeşitleridir.

CaCO3(k) CO2(g)+CaO(k)

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)

metan

kireçtasi sönmemiskireç

(yanma)

(bozunma)

kivilcim213 kcal/mol+

66

Kütlenin Korunumu Kanunu

Kibrit çöpü yandığında kütlesi azalır, neden? Magnezyum yandığında kütlesi artar, neden?

Bir Kimyasal reaksiyonda, reaksiyona giren maddelerin kütleleri toplamı, ürünlerin kütleleri toplamına eşittir.

Mg(k) + 1/2 O2(g) MgO(k)

24 gr 16 gr 40 gr

67

Sabit Oranlar Yasası

Bir bileşiğin bütün örnekleri aynı bileşime sahiptir. Yani, bileşenler sabit bir oranda birleşir.

Örneğin su dünyanın neresinde ve hangi metotla elde edilirse edilsin sudaki hidrojen ve oksijenin kütleleri oranı sabittir (H/O=1/8)

68

Katlı Oranlar Kanunu:

İki element bir biriyle birden fazla bileşik oluşturuyorsa, bu elementlerden birinin sabit miktarına karşılık gelen diğer elementin değişen kütleleri arasında basit tam sayılarla ifade edilen sabit bir oran vardır. Bu orana Katlı Oranlar Kanunu denir.

69

Katlı Oranlar Kanunu:

ÖRNEK:NO2 : 14 gr N 32 gr ON2O : 14 gr N 8 gr O Katlı oranı 4/1

N2O : 14 gr N 8 gr O N2O3 : 14 gr N 24 gr O Katlı oranı 1/3

70

Avagadro Kanunu

Aynı şartlarda gazların eşit hacimlerinde eşit sayıda molekül bulunur.

O oC ve 1 atm basınçta gazların 1.0 molu 22.4 lt hacim kaplar.

Bütün maddelerin 1 molünde 6.02x1023 tane madde taneciği vardır.

71

Birleşen Hacimler Kanunu

Aynı sıcaklık ve basınç altında reaksiyona giren gazlar ile oluşan gazların hacimleri arasında basit sayılarla ifade edilebilen oranlar vardır.

H2 (g) + Cl2 (g) 2 HCl (g)

1 hacim 1 hacim 2 hacim

Girenlerde oran 1/1

N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)

1 hacim 3 hacim 2 hacim

Girenler ve ürünlerde oran 1/2

Girenlerde oran 1/3Girenler ve ürünlerde oran 1/2 ve 3/2