iii çindekiler çindekiler Önsöz ÜN TE

Transkript

1 çindekiler iii çindekiler Önsöz... xi Kimya Endüstrisi... 2 ENDÜSTR YEL K MYA... 3 K MYA ENDÜSTR S... 3 K MYANIN ÖNEM... 4 Fiziksel fllem (Süreç veya Proses)... 5 Kimyasal fllem (Süreç veya Proses)... 6 Ay rma Yöntemleri... 6 Ekonomik ve Termodinamik Fizibilite... 7 Süreç Denetimi... 7 Saflaflt rma Yöntemleri... 8 Üretim Maliyeti ve Ürün Verimi... 8 Temel Tan mlar... 8 Ak m fiemalar... 9 Pilot Çal flma Üniteleri... 9 Araflt rma ve Gelifltirme... 9 KÜTLE DENKL Kimyasal fllemlerde Kütle Ba lant lar Kimyasal fllemlerde Hacim ve Mol Ba lant lar Kar fl m ve Çözeltilerin Bileflimi Kütle Denkli i Problemlerinin Çözümü Kütle Denkli i Türleri ENERJ DENKL TÜRK YE K MYA SANAY TÜRK YE K MYA SANAY N N DÜNYADAK YER Türkiye Kimya Sanayicileri Derne i Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan Kaynaklar Su Teknolojisi SUYUN ÖNEM Ç LEB L R VE ENDÜSTR YEL SULARIN ÖZELL KLER Duyusal Özellikler Fiziksel Özellikler Renk Bulan kl k S cakl k letkenlik Kimyasal Özellikler Sertlik ph Suda Bulunabilecek Kimyasal Maddeler Kalsiyum Magnezyum Klorür ve Sülfat ÜN TE 2. ÜN TE

2 iv çindekiler Demir ve Mangan Fenolik Bileflikler Çinko ve Bak r Kurflun, Krom, Arsenik, Selenyum, Kadmiyum, Gümüfl ve Civa Siyanür Nitrat Florür Bromür Sülfat Silisyum Bor Radyoaktif Maddeler Deterjanlar Buharlaflt rma Kal nt s Bakteriyolojik Özellikler ÇME, KULLANIM VE ENDÜSTR YEL SU filemler Fiziksel fllemler Kimyasal fllemler Biyolojik fllemler SU SAFLAfiTIRMA VE YUMUfiATMA YÖNTEMLER yon De iflimi Sodyum Katyon De iflim fllemi Sülfürik Asit le Rejenerasyon Hidrojen Katyon De iflim fllemi Anyon De ifltiriciler Demineralizasyon (Mineralleri Giderme) Çöktürme fllemleri Kireç-Soda fllemi Tuz Giderme Su Saflaflt rma ve Yumuflatma Yöntemlerinin Uygulamalar Sudaki Fosfat n Yumuflat lmas Sudaki Silisin Giderimi Korozyon Su Saflaflt rma fiehir Suyunun Saflaflt r lmas Endüstriyel Suyun Saflaflt r lmas ÇEVRE KORUMA ATIKSU ARITIMI Endüstriyel At ksular Evsel At ksular HAVA K RL L CO 2 VE SERA ETK S AS T YA MURLARI Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan Kaynaklar ÜN TE Azot Endüstrisi AZOTUN K MYA ENDÜSTR S NDEK YER AZOT GAZININ TEMEL ÖZELL KLER... 60

3 çindekiler v Azot Gaz Üretimi AMONYAK Amonyak Üretimi AMONYUM N TRAT AMONYUM SÜLFAT ÜRE N TR K AS T GÜBRELER Azot Gübreleri Fosfor Gübreleri Potasyum Gübreleri AZOTLU PATLAYICILAR Nitrogliserin Nitroselüloz Trinitrotoluen AZOTLU ORGAN K B LEfi KLER PEST S TLER Herbisitler AZOT TAY N YÖNTEMLER Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan Kaynaklar Yak tlar ve Enerji Kaynaklar ENERJ ENERJ KAYNAKLARI KLAS K ENERJ KAYNAKLARI Kömür Petrol ALTERNAT F ENERJ KAYNAKLARI Günefl Enerjisi Nükleer Enerji Rüzgar Enerjisi Hidrojen Enerjisi Jeotermal Enerji Dalga ve Gelgit Enerjisi Biyokütle Enerjisi Hidroelektrik Enerjisi Yak t Hücreleri DÜNYADA VE TÜRK YE DE ENERJ Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan Kaynaklar Çimento Endüstrisi Ç MENTONUN ÖNEM Ç MENTO ÇER S NDEK B LEfiENLER Ana Hammaddeler ÜN TE 5. ÜN TE

4 vi çindekiler Kireçtafl (Kalker) Kil Marn Alç Tafl Yard mc Hammaddeler Puzolanik Maddeler Demir Cevheri Ç MENTO ÇEfi TLER Ç MENTOLARIN ÖZELL KLER VE KULLANIM ALANLARI Portland Çimentolar Katk l Çimentolar Trasl Çimentolar Uçucu Küllü Çimentolar Yüksek F r n Cürufu Çimentolar Beyaz Portland Çimentosu Cüruf Çimentolar Sorel Çimentosu Alüminli Çimento Sülfata Dayan kl Portland Çimentosu Süper Sülfat Çimentosu Harç Çimentosu Ç MENTO ÜRET M Hammadde Temini Hammaddenin Ö ütülmesi ve Kar flt r lmas Klinkerin Piflirilmesi Klinkerin So utulmas ve Ö ütülmesi Paketleme Depolama Ç MENTO VE BETON K REÇ ÜRET M VE KULLANIM ALANLARI Ç MENTO KAL TE KONTROLÜ Çimentonun Fiziksel Özelliklerine Yönelik Deneyler Çimentonun Mekanik Dayan m Özelliklerine Yönelik Deneyler Çimentonun Kimyasal Bilefliminin Tayinine Yönelik Deneyler TÜRK YE Ç MENTO SANAY S Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan Kaynaklar ÜN TE Sabun ve Deterjanlar TAR HÇE SABUN SABUN ÜRET M METODLARI VE SABUN ÇEfi TLER Arap Sabunu Üretimi Sabun Çeflitleri SABUN ÜRET M NDE KULLANILAN KATKI MADDELER VE FONKS YONLARI DETERJANLAR DETERJAN B LEfi M Yüzey Aktif Madde

5 çindekiler vii Yüzey Aktif Maddelerin S n fland r lmas KOMPLEKS DETERJAN ÜRET M Lineer Alkilbenzen Sülfonasyonu SENTET K DETERJANLARIN SAH P OLMASI GEREKEN ÖZELL KLER VE KAL TE KONTROL YÖNTEMLER DETERJANLARIN ÇEVREYE ETK S S v Bulafl k Deterjan S v El Sabunu Camsil Kir ve Cila Sökücü Kireç Çözücü Bulafl k Makinesi Parlat c s Protein ve Kan Sökücü Deterjan Makinalarda Yard mc Y kama Deterjan Oksijenli A art c Çamafl r suyu Tuz Ruhu Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan Kaynaklar Polimer Teknolojisi POL MER ALANINDAK TEMEL KAVRAMLAR VE KONULAR Temel Kavramlar Polimer Monomer Yinelenen Birim Polimerizasyon Derecesi (PD) Uç Gruplar Polimerlerin S n fland r lmas Polimerlerin Moleküler Yap lar na Göre S n fland r lmas Polimerlerin Molekül Mimarilerine Göre S n fland r lmas Polimerlerin Fiziksel Yap lar na Göre S n fland r lmas Polimerlerin fllenmesine Göre S n fland r lmas Polimerlerin Son Kullan mlar na Göre S n fland r lmas Polimerlerde Molekül A rl ve Molekül A rl k Da l m Say ca-ortalama Molekül A rl A rl kça-ortalama Molekül A rl Viskozite-Ortalama Molekül A rl Polimerlerde Is l Geçifller POL MERLER N filenme SÜREÇLER Ekstrüzyon Film ve Levha Ekstrüzyonu Ekstrüzyonla Film fiiflirme Ekstrüzyonla Kaplama S k flt rarak Kal plama Transfer Kal plama Enjeksiyon Kal plama Termoset Enjeksiyon Kal plama fiiflirerek Kal plama ÜN TE

6 viii çindekiler Dönerek Kal plama Merdaneleme Döküm Köpük Üretimi Lif (Filament) Çekme Kauçuk flleme Vulkanizasyon Dolgu Maddeleri Di er Polimer flleme Teknikleri Polimerlerde Kullan lan Katk Maddeleri Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan Kaynaklar ÜN TE 9. ÜN TE Petrol ve Petol Endüstrileri PETROL PETROL B LEfiENLER VE ÖZELL KLER Alifatik Bileflikler Aromatik bileflikler SIVI PETROL GAZI (LPG) PETROL RAF NASYONU PETROL ÜRÜNLER N N AYRILMASI VE SAFLAfiTIRILMASI PETROL ÜRÜNLER N N KULLANIMI Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan Kaynaklar Kimya Endüstrisinde Koku ve Tat Veren Katk Maddeleri. 204 KOKU VE TAT VEREN MADDELER KOKUNUN TANIMI VE SINIFLANDIRILMASI Parfüm Nedir? PARFÜMÜ OLUfiTURAN B LEfiENLER Çözücü Ba lay c (Fiksatif) Kokulu Maddeler PARFÜM ENDÜSTR S NDE KULLANILAN BAZI UÇUCU YA LAR UÇUCU YA LARIN ELDE ED LME YÖNTEMLER Distilasyon yöntemleri Çözücü Ekstraksiyonu So ukta S kma S v laflt r lm fl Gazlarla Ekstraksiyon Yöntemi GIDA KATKI MADDELER G da Katk Maddesi nedir? G da Katk Maddelerinin Tarihçesi G dalarda Katk Maddelerinin Kullan m na liflkin Yasal Düzenlemeler G da Katk Maddelerinin Kullan m na Ait Hususlar G da Katk Maddelerinin S n fland r lmas Koruyucular (Kaliteyi Koruyup Raf Ömrünü Uzatanlar)

7 çindekiler ix Yap y, Haz rlama ve Piflme Özelli ini Gelifltirenler Renk ve Aromay Gelifltiriciler Besin De erini Koruyup Gelifltiriciler (Besin ö eleri) Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan Kaynaklar Klor Alkali ve Elektrolitik Endüstrileri KLOR ALKAL ENDÜSTR LER Sodyum Karbonat (Soda) Üretimi Solvay (Amonyak-Soda) Prosesi ile Soda Üretimi Sodyum Bikarbonat Üretimi Klor ve Sodyum Hidroksit Üretimi Diyaframl Elektroliz Hücreleri Diyaframl Hücrelerde Gerçekleflen fllemler Civa Katotlu Hücreleri A artma Tozu Üretimi Kalsiyum Hipoklorit Üretimi Sodyum Hipoklorit Üretimi Sodyum Klorit Üretimi ELEKTROK MYASAL filemler ELEKTROL T K ENDÜSTR Alüminyum Üretimi Gümüfl Üretimi Sodyum Üretimi Magnezyum Üretimi Hidrojen Üretimi Oksijen Üretimi KLORATLAR VE PERKLORATLAR Sodyum Klorat Üretimi Potasyum Perklorat Üretimi ORGAN K B LEfi K ÜRET M Organik Maddelerin ndirgenmesi Organik Maddelerin Yükseltgenmesi ELEKTROK MYASAL HÜCRE ÇEfi TLER Galvanik Hücre (Voltaik Hücre) Elektrolitik Hücreler Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan Kaynaklar laç Endüstrisi HAM MADDEDEN DOZAJ fiekl NE LAÇ ETKEN MADDES ÜRET M ENDÜSTR S Üretim AR-GE ÖN FORMÜLASYON VE ÜRÜN GEL fit RME Ön Formülasyon ÜN TE 11. ÜN TE

8 x çindekiler Miktar Tayini Yöntemi Gelifltirme Validasyon laç Stabilitesi Ürün Gelifltirme ENDÜSTR YEL ÜRET M Personel Bina ve Alanlar Destek Üniteler Ekipman Kalite Güvencesi yi Üretim Uygulamalar Kalite Kontrol Dokümantasyon Validasyon Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan Kaynaklar ÜN TE Endüstriyel Süreçlerde Biyoteknoloji ve Nanoteknoloji B YOTEKNOLOJ VE NANOTEKNOLOJ B YOTEKNOLOJ Temel Kavramlar Biyoteknoloji Kronolojisi Biyoteknolojinin Temel Uygulama Alanlar T bbi Biyoteknoloji Biyoteknolojik Yöntemler le Gen Terapisi Biyoteknolojik Yöntemler ile laç Üretimi Tan Kitleri ve Biyosensörler Bitki Biyoteknolojisi Çevre Biyoteknolojisi Endüstriyel Biyoteknoloji NANOTEKNOLOJ Nanobiyoteknoloji DÜNYA VE TÜRK YE PAZARINDA B YOTEKNOLOJ VE NANOTEKNOLOJ Dünyada Biyoteknoloji Türkiye de Biyoteknoloji Dünyada Nanoteknoloji Türkiye de Nanoteknoloji Özet Kendimizi S nayal m Kendimizi S nayal m Yan t Anahtar S ra Sizde Yan t Anahtar Yararlan lan Kaynaklar

9 Önsöz xi Önsöz Kimya; atomlar n, elementlerin ve bilefliklerin özelliklerini inceleyen bir bilim dal d r. Gördü ümüz, dokundu umuz, koklad m z, tad na bakt m z her madde atomdan meydana gelmifltir. Ayn veya farkl atomlar birlefltirilerek ve flekillendirilerek faydal ürünlere dönüfltürülür. Ortaça da simyac lar n en önemli hedeflerinden biri laboratuvar ortam nda de ersiz metalleri alt na dönüfltürmekti. Bu konuda yapt klar çal flmalar sonucunda her ne kadar baflar s z olsalar da dam tma, süzme, buharlaflt rma gibi ay rma ve saflaflt rma yöntemlerinin temellerini atm fllard r. 18. yüzy l sonlar na do ru Simyadan Kimyaya geçiflin en önemli temelleri at lm flt r. 18. ve 19. yüzy lda temel bilimlerdeki önemli geliflmeler sonucu kimya, laboratuvarlardan ç km fl ve sanayi devriminin hizmetine girmifltir. Laboratuvarlarda bafllayan küçük ölçekli üretimler kimya endüstrisinde tonlar mertebesine ulaflm flt r. Nas l ki temeli sa lam olmayan bir bina üzerine yeni bir kat ç kmak imkâns z ise kimya temelinin eksik oldu u bir kimya endüstrisinde de büyüme ve geliflme beklemek de o kadar anlams zd r. Yeni bir ürün gelifltirebilmek için öncelikle kimyasal maddelerin özelliklerinin iyi bilinmesi, daha sonra bu özelliklere uygun kimyasal tepkimelerin gelifltirilmesi, daha saf ve temiz ürünler elde edebilmek için ise yeni ay rma ve saflaflt rma tekniklerinin uygulanmas gerekir. Günümüzdeki mevcut sistemler için alternatif reaktifler, alternatif sentez koflullar, alternatif mekanizmalar vb. önerebilmek kimya biliminin iyi anlafl lmas zorunlulu unu ortaya koymaktad r. Gerek laboratuvar gerekse teorik dersleriyle kimya bölümü kimya endüstrisinin temel yap tafl n oluflturmaktad r. Endüstriyel kimya dersinin amac, kimya e itimi süresince ifllenen teorik ve laboratuvar derslerinin endüstrideki uygulama alanlar n göstermektir. Disiplinler aras çal flmalar n ön plana ç kt günümüz ça nda nanoteknoloji ve biyoteknoloji alanlar kimya için mükemmel uygulama alanlar d r. Bu kitapta; kimyan n rol oynad baz önemli endüstriler hakk nda bilgiler yer almaktad r. Ünitelerde, uzaktan ö retim tekniklerine uygun olarak ö renciye do rudan sade ve özet bilgiler sunulmufltur. Konular n daha iyi anlafl labilmesi için yan sütunlar, s ra sizde ve kendimizi s nayal m sorular ve bunlar n cevaplar verilmifltir. Bunun yan nda görsel yetersizlik ve sayfa say s ndaki k s tlamalar nedeniyle bilgi aktar m nda meydana gelebilecek eksiklikler e-ö renme araçlar ile giderilmeye çal fl lacakt r. Bu kitap, yaz m ndan size ulaflmas na kadar birçok aflamadan geçmifl özverili bir çal flman n ürünüdür. Ünitelerin yaz m nda, koordinasyonunda, ö retim tasar m nda, dizgi ve grafik tasar m nda, bas m nda ve ö rencilere ulaflmas nda eme i geçen Anadolu Üniversitesi nin tüm ö retim elemanlar na, teknik ve destek personeline, sab r ve desteklerinden dolay eflime ve biricik k z ma en içten teflekkürlerimi sunuyorum. Topluma faydal bireyler olabilmemiz için hayat m z n her aflamas nda e itimle iç içe olmam z gerekir. Siz de erli ö rencilerin; emek harcayarak, al n teri dökerek, inanarak ve hak ederek istedi iniz baflar ya ulaflman z diliyorum. Sayg ve sevgilerimle, Editör Prof. Dr. Yücel fiah N

10 1ENDÜSTR YEL K MYA Amaçlar m z Bu üniteyi tamamlad ktan sonra; Endüstriyel Kimya ile ilgili kavramlar aç klayabilecek, Kimya Endüstrisini ve Kimyan n önemini ifade edebilecek, Ay rma ve Saflaflt rmayöntemlerini s n fland rabilecek, Termodinamik ve Ekonomik Fizibilitenin önemini aç klayabilecek, Fiziksel ve Kimyasal ifllemi tart flabilecek, Araflt rma ve Gelifltirmenin önemini aç klayabilecek, Kütle ve Enerji Denkli ini aç klayabilecek, Türkiye Kimya Sanayii ve Dünyadaki yerini tart flabilecek bilgi ve beceriler kazanacaks n z. Anahtar Kavramlar Endüstriyel Kimya Kimya Endüstrisi Fiziksel ifllem Kimyasal ifllem Ay rma Yöntemleri Termodinamik ve Ekonomik Fizibilite Saflaflt rma Yöntemleri Araflt rma ve Gelifltirme Kütle Denkli i Enerji Denkli i Türkiye Kimya Sanayii Türkiye Kimya Sanayinin Dünyadaki Yeri çerik Haritas Endüstriyel Kimya Kimya Endüstrisi ENDÜSTR YEL K MYA K MYA ENDÜSTR S K MYANIN ÖNEM KÜTLE DENKL ENERJ DENKL TÜRK YE K MYA SANAY TÜRK YE K MYA SANAY N N DÜNYADAK YER

11 Kimya Endüstrisi ENDÜSTR YEL K MYA Endüstride, ham maddelerin toplum için faydal ürünlere dönüflmesinde kullan lan temel kimyasal ifllemlerin (proseslerin) geliflimi, optimizasyonu ve takip edilmesi endüstriyel kimya olarak tan mlanabilir. Uygulamal bilim olarak endüstriyel kimya toplumdaki insanlar n ekonomik, çevre ve politika gibi çok genifl alanlarda kararl l n sa lamak aç s ndan hayati bir önem tafl r. Kimya endüstrisi geliflmifl ülkelerin önemli temel köfle tafllar ndan biridir. Kimyagerler ürün geliflimi ve yönetiminde oldu u gibi kimyasal ürünlerin üretiminde, kontrolünde ve güvenli ifllenmesinde önemli rol oynarlar. Kimyagerlik e itiminde al nan teorik ve laboratuvar dersleri ürün dizayn ndan kalite kontrolüne kadar genifl bir yelpazede kullan l r. Burada önemli olan nokta neyin nerede, nas l ve niçin kullan laca n bilmektir. Kimyagerler alm fl olduklar zorlu kimya e itimine ra men özellikle kimya endüstrisinde hak etti i konumlarda bulunamamaktad r. Bunun nedenleri Fen (veya Fen-Edebiyat) Fakülteleri Kimya Bölüm e itim müfredat n n bilinmemesi veya mesleki bir çekiflme olabilir. Fakat son y llarda dünyada ve ülkemizde araflt rmagelifltirmeye ve temel bilime verilen önemin artmas kendisini iyi yetifltirmifl kimyagerlere verilen de erin art rmas na neden olmufltur. Üniversitelerin Fen veya Fen- Edebiyat Fakülteleri Kimya Bölümünden mezun olan kiflilerin ald ünvana kimyager denir. K MYA ENDÜSTR S Kimyasallar n kullan lma tarihi çok eski uygarl klara kadar gitmektedir. Örne in M s r Firavunlar döneminde birçok kimyasal biliniyor ve kullan l yordu. Hayvan ya lar yla soday kar flt rarak sabuna benzer bir madde elde etmifller ve bunu ölüleri y kamak için kullanm fllard r. Mumya yap m nda ise cam ve seramik endüstrisinin hammaddesi olan kum ve soda kullan lm flt r. Gerçek kimya endüstrisi evrimi bundan y llar sonra gerçekleflmifltir. Geliflim di er endüstrilerin ihtiyac olan (örne in sabun üreticilerinin alkali, tekstil üreticilerinin a art c, cam üreticilerinin soda ve kum ihtiyac vb.) kimyasallar n karfl lanmas yla bafllam flt r. Günümüzde ise nanoteknolji ve biyoteknolinin gereksinimleri olan ileri teknoloji maddelerini üretmektedir. Kimya endüstrisi 1960 ve 1970 li y llar n bafl ndaki teknoloji ata ndan sonra büyümeye bafllam fl ve günümüzde de birçok endüstri kolundan daha h zl geliflen önemli bir üretim endüstrisi durumuna gelmifltir. Kimya endüstrisindeki bu geliflmenin bafll ca nedeni araflt rma ve gelifltirmeye (AR-GE) verilen önemden kaynaklanmaktad r. Araflt rma ve gelifltirme sonucunda flu anki piyasaya hakim olan bir-

12 4 Endüstriyel Kimya çok ürünün üretimi 1950 ve 1960 y llar nda bafllam flt r. Bunlar aras nda en dikkat çekici örnekler PVC ve naylon sentetik polimerleridir. Proses gelifltirme, iyilefltirme ve uygulama alanlar ndaki gelifltirmeler ile kimya endüstrisi hemen hemen tüm endüstriler ile al fl-verifl yapar durumuna gelmifltir. Kimya endüstrisi elektronik ve mühendislikteki geliflmeleri yak ndan izleyerek ve bunlar n avantajlar n uygulayarak ileri teknoloji endüstrisi haline gelmifltir. Bilgisayar kullan m kimyasal bir tesisin otomatik kontrolünden analitik cihazlar n otomasyonuna kadar çok genifl alanlara yay lm flt r. Globalleflen dünyada büyük kimyasal flirketler bölgesel olmaktan ç km fl uluslar aras üretim ve pazarlama yapar hale gelmifltir. Henkel, Bayer, BASF, Uni-Lever, DuPont gibi büyük firmalar dünyan n dört bir yan nda üretim ve sat fl yapmaktad r. Kimya Sanayi do rudan tüketime yönelik ürünler üreten ve di er sektörlere hammadde ve ara ürünler sa layan temel sektör olup, bir ülkenin kimya sanayisi geliflmeksizin kalk nmas mümkün de ildir. Geliflmekte olan ülkemizin buna paralel olarak kimya endüstrisinin de geliflme zorunlulu u vard r. K MYANIN ÖNEM Kimya atomlar, element veya bileflik haldeki maddelerin yap s n, bileflimini ve özelliklerini, u rad klar de iflimleri inceleyen bir bilim dal d r. Kimya bilimi kar ncan n sentezledi i formik asitten güneflin yap s nda bulunan hidrojene kadar s n rs z denecek say da çok bilefli in incelenmesini kapsar. Böylesine genifl bir çal flma aral n kapsayan kimya üretimin yap ld endüstrinin de tart flmas z vazgeçilmez bir parças n oluflturur. Yeryüzünde dokundu umuz, gördü ümüz her madde atomdan meydana gelmifltir. Ça m z n en popüler teknolojisi olan nanoteknolojide atomik boyutlara sahip maddeler üretilir. Bu maddeler sadece kimya endüstrisinin de il insanl n hizmetine sunulmufl önemli hammaddelerdir. Bunlar flekillendirerek ürünlere dönüfltürmek elektronik, medikal, seramik endüstrisi veya herhangi bir endüstri kolu taraf ndan yap labilir. Görüldü ü gibi kimya disiplinleraras bilim dünyas n n önemli bir parçalas d r. Kimya biliminde her ne kadar analitik, anorganik, biyo, fiziksel, organik, polimer kimya gibi alt bilim dallar olsa da endüstride kimya bir bütün olarak ele al nmal d r. Çünkü kimyan n tüm alt bilim dallar kimya endüstrisinin hemen hemen her aflamas nda karfl m za ç kar. Bundan dolay iyi bir ifl gelece i için, gerek teorik derslerde gerekse laboratuvar derslerinde ezberci bir e itim yerine ö renme temeline dayal bir e itim tercih edilmelidir. Kimya çal flman n yan nda kimyay anlamak daha do ru olur. Kimyay sadece kitaplarda, laboratuvarlarda de il hayat m z n içinde de anlamak gerekir. Kimya vücudumuzda ve çevremizdedir. Sabah kalkt m zda elimizi yümüzü suyla y k yoruz. Su iki hidrojen ve bir oksijenden oluflan kimyasal bir maddedir. Daha sonra diflimizi difl macunu kullanarak f rçal yoruz. Difl macunu flor, sodyum sülfat gibi kimyasallar içerir. çti imiz sütün içinde kalsiyum kimyasal vard r. Ellerimizi y kad m z sabun; kulland m z parfüm; proteinleri, mineralleri sa layan meyveler, sebzeler, g dalar; sofrada kulland m z tuz; evelerimizi, arabalar m z boyamak için kulland m z boyalar; böceklerle mücadelede kulland m z ilaçlar; soludu umuz hava gibi bunlar ço altmak mümkündür. Görüldü ü gibi kimya hayat m z n önemli bir parças olmufltur. Bunun yan nda kimyasal reaksiyonlarda sürekli olmaktad r. Nefes al p verdi imizde, yemek yedi imizde, ilaç içti imizde biz fark nda olmasak da birbirini zincirleme izleyen birçok reaksiyon gerçekleflir. Herfleyin bir kimyas vard r ve bu mükemmel bir flekilde çal flmaktad r. Örne in; canl lar n

13 1. Ünite - Kimya Endüstrisi hayat kayna olan suyun kimyasal formülü H 2 O dur. Yani su; iki hidrojen ve bir oksijen atomundan oluflmufltur. Suyun yap s nda bir hidrojen eksik veya bir oksijen fazla olsa ne olur? Sorusunu düflünelim. Bu durumda yeni oluflan bilefliklerin kimyasal formülleri OH (hidroksil) ve H 2 O 2 (hidrojen peroksit) olup sudan oldukça farkl d rlar. Hidroksil bilefli i radikalik veya iyonik formda bulunabilir. Hidroksil radikali OH. hidroksil iyonu ise OH - fleklinde gösterilir. Hidroksil iyonu ortamda bulunan di er hidroksil iyonu ile tepkimeye girerek hidrojen peroksidi oluflturur. Hidroksil radikalinin ve hidrojen peroksidin en önemli ortak özellikleri kuvvetli yükseltgeyici (oksidan) olmalar d r. Bu özelliklerinden dolay bir atefl topuna benzetilirler. Bu maddeleri su yerine barda a doldurup içti imizi düflünelim. Vücuda al nan bu atefl toplar önlerine ç kan tüm organik molekülleri yükseltgeyerek parçalar ve vücudumuzun do al yap s nda olmayan yeni bilefliklerin oluflmas na neden olurlar. Belirli bir süre sonra oluflan yeni bileflikler vücudun savunma mekanizmas n çökerterek büyümeye ve ço almaya bafllar. Endüstriyel kimya dersinin kimyaya genel bak fl aç s yönünden önemli katk - lar vard r. Derslerde ifllenen teorik konular n endüstride nas l uyguland n görmek derslere karfl ilgiyi art rmaktad r. Baz teorik konular anlamak a r oldu unda hemen savunma mekanizmas gelifltirerek bunlar bizim ne iflimize yarayacak? sorusu ile kendimizi o dersten so uturuz ve okulun sonuna kadar o dersi sevemeyiz. Halbuki kimya e itimi s ras nda ö renilen tüm teorik ve laboratuvar bilgilerinin kimya endüstrisinde veya ba lant l oldu u di er endüstrilerde muhakkak kullan laca n unutmayal m. Son y llarda araflt rma-gelifltirmeye (Ar-Ge) verilen teflvikler büyük firmalar Ar-Ge merkezleri açmaya yönlendirmifltir. Bu merkezlerde yabanc dil eksikli i olmayan, enstrümantal analizler konusunda bilgili, laboratuvar tekniklerini iyi bilen kimyagerler kendilerine kolayl kla yer SIRA bulabilir. S ZDE Disiplinleraras çal flmalar n ön plana ç kt günümüz ça nda nanoteknoloji ve biyoteknoloji alanlar kimya için mükemmel bir mutfakt r. Günlük hayat m zda kulland - m z malzemelerin çok büyük bir bölümü do al olmay p sentetiktir. Yani laboratuvar ortam nda üretilmifltir. Bu konuda da plastik (polimer) endüstrisi ön plandad r. SORU Sonuç olarak kimya, hayat m z n vazgeçilmez bir parças d r. Nanoteknoloji ve biyoteknoloji konusunda detayl bilgiyi Ünite 12 de bulabilirsiniz. SORU 5 Bir bilim dal n n SIRA (örn. S ZDE Kimya) baflka bir veya birden fazla bilim dallar yla (biyoloji, fizik, malzeme müh. vb.) yapt ortak çal flmalara disiplinleraras çal flma ad verilir. SORU SORU Polimer konusunda detayl bilgiyi Ünite 7 de bulabilirsiniz. Fiziksel fllem (Süreç veya Proses) AMAÇLARIMIZ AMAÇLARIMIZ Fiziksel ifllem, maddelerin kimyasal yap lar de iflmeden sadece hal, renk, flekil, büyüklük gibi d fl görünüflünde meydana gelen de iflimlere AMAÇLARIMIZ verilen K T Aisimdir. P Fiziksel ifllemler sonucunda sadece maddenin özellikleri de iflir yeni maddeler olufl- K T A P AMAÇLARIMIZ maz. Örne in tuzun çözünmesi, buzun erimesi, suyun buza dönüflmesi fiziksel bir olayd r. Sadece fiziksel ifllemler kullan larak ürün elde edilebilir. TELEV ZYON K TKimya A P endüstrisinde s k l kla kullan lan fiziksel ifllemlerin baz lar afla da verilmifltir: TELEV ZYON K T A P K rma (k r c lar ile büyük maddeler k r larak istenilen boyuta indirilebilir) Ö ütme (büyük maddeler de irmenler yard m yla belirli TELEV ZYON partikül boyutuna TELEV ZYON NTERNET NTERNET getirilir) Kar flt rma (örne in deterjan üretiminde her bir katk maddesinin homojen bir flekilde kar flt r lmas n sa lar) NTERNET NTERNET

14 AMAÇLARIMIZ AMAÇLARIMIZ 6 Endüstriyel Kimya Kurutma (su içeri i fazla olan maddeler s t larak afl r suyundan kurtulur. Örn. sulu niflastan n suyunun uzaklaflt r lmas.) Dam tma (s v kar fl mlar kaynama noktalar farklar ndan faydalanarak birbirinden ay rmak için kullan l r. Örne in ham petrolden benzin, mazot, vb. eldesi) Ekstraksiyon (özütleme veya çekme) (örn. bitkilerdeki uçucu ya lar n çiçeklerden veya yapraklar ndan özütlenmesi) Kristallendirme (kat lar n saflaflt r lmas nda kullan l r. örn. toz flekerin kristallenmesi) Nemlendirme (kuru olan maddelere su eklenerek nemlendirilir) Kimyasal fllem (Süreç veya Proses) Ham maddeler kiflisel ve toplumsal ihtiyaçlar karfl layacak faydal ürünlere kimyasal ifllemler ile dönüfltürülür. Kimyasal ifllemlerin baflar s ham madde seçiminden kaliteli ürün üretimine kadar devam eder. Üretim yapan bir firman n ayakta durabilmesi ve dünya pazar nda söz sahibi olabilmesi için ürün kalitesinin iyi olmas - n n yan nda ürün maliyetinin ve dolay s yla sat fl fiyat n n da düflük olmas gerekir. Bunu gerçeklefltirebilmek için ham madde ile ürün aras ndaki ifllemlerin temeli tamamen anlafl lmal ve kontrol edilmelidir. Burada yap lan iki temel ifllem bulunmaktad r. Bunlar: a) Kimyasal tepkime b) Ay rma ifllemleridir. a) Kimyasal tepkime, bir veya birkaç saf maddenin belirli koflullarda de iflime u rayarak baflka madde veya maddelere dönüflmesi olarak tan mlan r. Elde edilen ürün hem fiziksel hem de kimyasal özellikleri aç s ndan bafllang ç madde veya maddelerinden farkl d r. Kimyasal tepkimeler genel olarak dört gruba ayr l r: Sentez tepkimeleri Ayr flma (bozunma) tepkimeleri Yer de ifltirme tepkimeleri yonik tepkimeler Bu tepkimelerin ve mekanizmalar n n ayd nlat lmas kimya endüstrisinin ve buna ba l olan tüm endüstri kollar n n en önemli bafllang ç noktas d r. Yenilikçi bir çal flma yapmak, di er rakiplerden farkl olmak ve yeni bir ürün elde etmek için karfl m za yine iyi bir temel kimya bilgisinin olmas gereklili i ç k yor. b) Ay rma ifllemleri, kimyasal tepkimelerde ek maliyet getirmesinden dolay istenmeyen bir durumdur. Tepkime sonucunda yan ürün veya safs zl n olmamas, ürünün hemen hemen %100 verimle oluflmas ve oluflabilecek at klar n geri dönüfltürülebilir olmas istenir. Ay rma ve saflaflt rma ifllemlerinin say s ne kadar fazla olur ise ürünün maliyeti dolay syla sat fl fiyat da o kadar fazla olur. Günümüzde Çin ve Hindistan gibi ifl gücünün ucuz oldu u ülkeler aras nda pazarda pay sahibi olabilmek için kalitenin daha yüksek fakat fiyat n da daha az olmas gerekir. SORU 1 Fiziksel ve kimyasal ifllemler aras ndaki fark aç klay n z. Ay rma Yöntemleri Kimyasal tepkime sonucunda elde edilen ürünün/ürünlerin ayr lmas ve saflaflt r lmas gerekir. Bu amaçla çeflitli ay rma teknikleri kullan l r: i) Kat /Kat SORU ay r m (parçac k boyutuna göre yap l r. Eleme, santrifüj, yüzdürme, vb.)

15 1. Ünite - Kimya Endüstrisi 7 ii) S v /Kat ay r m (yo unluk ve irilik farklar kullan l r. Durultma, kimyasal çöktürme, süzme, santrifüj, vb.) iii) S v /s v ay r m (yo unluk, kaynama-erime noktalar, üçüncü bir çözücüde çözünme vb) iv) Gaz/gaz ay r m (genellikle en zor ay rma türüdür. Absorpsiyon, adsorpsiyon, iyon de iflitirme, vb.) S v bir ürün içindeki s v safs zl k hangi yöntem veya yöntemler ile SIRA ayr l r? S ZDE Ekonomik ve Termodinamik Fizibilite Kimyasal bir tepkime sonucunda ürün elde etmek için iflin bafl nda de erlendirilmesi gereken iki önemli husus vard r. Bunlar: i) Ekonomik fizibilite, ii) Termodinamik fizibilitedir. SORU SORU Bir fabrika kurup üretime bafllamadan önce üretimi hedeflenen ürünlerin pazar araflt rmas, arz-talep durumu, ham madde, ürün ve fabrika maliyetleri hesaplanmal d r. Yani düflünülen iflin ekonomik fizibilitesi yap lmal d r. Kar marj n n yüksek olmas durumunda üretim aflamalar araflt r l r. Bir ürünü elde etmek için ço u zaman kimyada birden fazla kimyasal tepkime uygulanabilir. Bunlar aras ndan en uygununun seçilmesi veya literatürde olmayan AMAÇLARIMIZ yeni bir tepkimenin gelifltirilmesi, tepkime mekanizmas n n ayd nlat lmas, alternatif mekanizmalar n ve ham maddelerin araflt r lmas için iyi bir organik ve anorga- nik kimya altyap s na ihtiyaç vard r. Seçilen tepkime için önemli K Tparametrelerden A P biri; d flar dan enerji uygulama gereklili inin olmamas için tepkimenin kendili inden gerçekleflmesidir (ekzotermik tepkime). Bir tepkimenin kendili inden gerçekleflip K T A P Kendili inden gerçekleflen ve gerçekleflmeyece ini anlamak için fizikokimya dersinde ürün ile birlikte enerji aç a TELEV ZYON okutulan ve genelde teorik oldu u için pek de sevilmeyen termodinamik kanunlar devreye girer. ekzotermik tepkime denir. ç kan tepkimelere TELEV ZYON Yap lan bu iflleme de termodinamik fizibilite denir. Herhangi bir tepkimenin kendili inden olabilmesi için Gibbs serbest enerjisinin ( G) ve entalpi de ifliminin ( H) s f rdan küçük yani negatif olmas gerekir ( G < 0 ve H NTERNET < 0). NTERNET Süreç Denetimi Ürünün istenen nicelikte oluflabilmesi için süreç koflullar n n izlenmesi ve gerekti- i durumlarda müdahalelerin yap lmas gerekir. fllemlerin denetimi kifliler taraf ndan yap labilece i gibi bilgisayar kontrollü de yap labilir. Ham maddelerin ve belirli aflamalardaki ürünlerin laboratuvar analizleri yap larak sistem kontrol alt nda tutulur. Kontrollü bir üretimin yap labilmesi için laboratuvar çal flanlar ile iflletme çal flanlar n n tam bir uyum içerisinde olmas gerekir. Üretimin yap laca kimyasal ifllemler ikiye ayr l r: 1) Kesikli ifllem 2) Sürekli ifllem 1) Kesikli ifllemde, ham madde bir reaktöre konduktan sonra tepkime sonuçlan ncaya kadar kapa kapal tutulur ve d flar dan bir müdahele yap lmaz. Burada reaktöre konulan madde miktar reaktör iç hacmiyle s n rl d r. Düdüklü tencerede yemek piflirme ifllemi kesikli iflleme örnek olarak verilebilir. Düdüklü tencerenin içine g da maddeleri eklendikten sonra a z s k ca kapat l r ve s t lmaya bafllan r. Yemek piflinceye kadar kapa aç lmaz. Kaç kiflilik yemek piflirilebilece i düdüklü tencerenin büyüklü üne ba l d r. 2

16 8 Endüstriyel Kimya 3 2) Sürekli ifllemde, reaktöre ham madde girifli ve ürün ç k fl sürekli pompalar ile gerçeklefltirilir. Petrol rafinerilerinde ham petrolün ifllenmesi ve ürüne dönüflmesi sürekli ifllem ile gerçekleflir. Ham petrol dam tma kolonlar na sürekli pompalan rken di er taraftan dam t lan ve saflaflt r lan benzin d flar ya al n r. Saflaflt rma Yöntemleri Kimyasal tepkimeler sonucunda oluflan bileflikler nadiren saft rlar. Bir maddenin safl içerdi i aktif maddenin yüzdesi fleklinde verilir. Örne in, HCl çözeltisinin safl %37 dir dedi imizde; 100 gram HCl çözeltisinin 37 i gram HCl dir anlam na gelmektedir. Bir maddenin safl artt kça fiyat ve kalitesi de artar. Hedeflenen ürün/ürünler yan nda oluflan safs zl klar ürün kalitesini düflürdü ü için istenmez. Bu nedenle ürünü piyasaya sürmeden önce içerdi i safs zl klardan ay rmak gerekir. Safs zl klar n üründen ayr lmas ifllemine saflaflt rma denir. Saflaflt rma ifllemleri hem zaman kayb na hem de maliyetin yükselmesine neden olur. Kimya endüstrisinde kullan lan temel saflaflt rma ifllemleri ile kimya laboratuarlar ndakiler ile ayn olup aralar ndaki en belirgin fark kullan lan malzemelerin özelli idir. Örne in laboratuvar ölçekli destilasyon kolonu yaklafl k cm uzunlu unda camdan yap lm flt r. Kimya endüstrisinde (örne in ham petrolün dam t lmas nda) kullan lan destilasyon kolonu ise m yüksekli inde ve paslanmaz çelikten imal edilmifltir. Baz önemli saflaflt rma yöntemleri afla da verilmifltir: Kristallendirme (kat maddelerin saflaflt r lmas nda kullan l r), Dam tma (destilasyon) (s v kar fl mlardaki bileflenlerin saf halde ayr larak saflaflt r lmas nda kullan l r), Süblimlefltirme (kat halde yüksek buhar bas nc na sahip maddeler kat fazdan direkt gaz faz na geçer), Ekstraksiyon (çekme, özütleme) (çözeltilerden veya kat kar fl mlardan bir maddeyi ay rmak için kullan l r. S v -s v veya kat -faz ekstraksiyon yöntemleri kullan labilir) Kat ürünlerin SIRA saflaflt r lmas nda S ZDE hangi yöntem veya yöntemler kullan l r? Üretim Maliyeti ve Ürün Verimi Ekonomik ve termodinamik fizibiliteleri uygun olan ifllemler ile üretim yap labilir. Düflük üretim maliyeti ve yüksek ürün verimi ile üretim yapmak her fabrikan n iste idir. Bunu SORU gerçeklefltirebilmek için baz parametrelerin optimizasyonu yap lma- SORU l d r. Üretim s cakl, kar flt rma h z, bekleme süresi gibi parametrelerin yan nda afla daki hususlar da göz önünde bulundurulmal d r: 1- Tepkime verimi %100 olmal. 2- Tepkime kendili inden gerçekleflmeli veya enerji gereksinimi az olmal. 3- Katalizör sistemlerine ihtiyaç duyulmamal. 4- Ucuz çözücüler kullan labilmeli. AMAÇLARIMIZ 5- Yan ürün ve safs zl k içermemeli. AMAÇLARIMIZ 6- Ay rma ve saflaflt rma ifllemlerine gereksinim olmamal veya çok basit olmal. K T A P 7- At klar K geri T Adönüfltürülebilmeli. P TELEV ZYON Temel Tan mlar Besleme, TELEV ZYON üzerinde kimyasal veya fiziksel de ifliklik yap lamas için bir sürece yollanan ham maddeye denir. NTERNET NTERNET

17 1. Ünite - Kimya Endüstrisi 9 At k: kimyasal veya fiziksel ifllemlerde ifllenen maddelerin arta kal p ifle yaramayan bölümü (kömür yand nda geriye kalan kül gibi) Dönüflüm: Bir kimyasal tepkimede tepkenlerin tüketime oran, genellikle % olarak gösterilir. Verim: Bir ham madde bafl na elde edilen ürünün % olarak gösterilmesidir. Geri döngü: Bir kimyasal tepkimede tamamen tüketilmeyen ham maddelerinürünlerden ayr larak yeniden kullan lmak amac yla bafllang ca yeni yollanmas (kimyasal tepkimelerdeki çift yönlü ok denge konumunu ifade ederken, endüstride çft yönlü ok geri döngü oldu unu iflaret eder). Dizge: Aralar nda iliflki blunan ve amaca göre çevresinden belirli s n rlarla ayr lam fl madde, olay ve ifllemlerin kümesi (ö retmen-ö renci-okul binas - kitp vb. e itim dizgesini oluflturur). Dizge içinde birden çok parça bulunabilir. Dizge kendi aras nda ikiye ayr l r: a) Aç k Dizge: S n rl madde ve enerji ak fl olan dizge. b) Kapal Dizge: Çevresinden çok iyi yal t ld içins n rlar ndan madde ve enerji ak fl olmayan dizgelerdir. Ak m fiemalar Ak m flemalar, ham madde giriflinden ürün ç kt s na kadar gerçekleflen ifllemleri s ras yla ad m ad m gösterirler. Üretim ifllemlerinin de erlendirilmesinde, fabrikan n dizayn ve iflletilmesi için bafl ndan sonuna kadar pek çok ak m flemas na gerek duyulur. Otomasyona geçmifl fabrikalarda kritik noktalara sensörler yerlefltirilerek üretim kontrolü ak m flemas üzerinden gerçeklefltirilir. Pilot Çal flma Üniteleri Büyük ölçekli üretim yapacak bir fabrika kurulmadan önce ekonomik ve termodinamik fizibilitesi yap ld ktan sonra laboratuvar çal flmalar n n yap lmas gerekir. Laboratuvarlarda yap lan küçük ölçekli çal flmalarda pratik olarak ürün sentezlenir. Laboratuvarda ham maddenin ürüne dönüflüm yüzdesi ve safs zl klar gibi maliyeti etkileyecek bilgiler araflt r l r. Laboratuvarda al nan iyi sonuçlar ile ölçekler biraz daha büyütülerek pilot üretime geçilir. Pilot tesislerde de üretim baflar ile sonuçlan y rsa makro boyutta fabrikada üretim yap lmaya bafllan r. Laboratuvarlarda ml lik cam kaplarda miligram veya gram seviyesinde ürün elde edilirken pilot tesislerde ölçekler biraz daha büyüyerek L lik paslanmaz çelik (veya farkl metal) reaktörler kullan l r. Fabrikada ise tonlar mertebesinde üretim yap l r. Araflt rma ve Gelifltirme Bilim ve teknolojide yetkinlik sadece bilim ve teknolojiyi üretme yetkinli i anlam na gelmemektedir. Üretilen bilimsel ve teknolojik araflt rmalar sonucu ortaya ç - kan verilerin, ekonomik ve toplumsal bir faydaya h zla dönüfltürebilmesi gerekmektedir. Bunun gerçekleflmesi ile dünya pazarlar nda rekabet edebilir hale gelebilecektir. Bunu yapman n yolu inovasyon ve ülkenin araflt rma-gelifltirme (AR- GE) kapasitesini yükseltmekten, AR-GE kurum ve kurulufllar n etkinlefltirmek ve gelifltirmekten geçmektedir. Günümüzde dev boyutlara ulaflm fl flirketlerde yenilikler AR-GE bölümleri içinde sürdürülmektedir. Bir flirket sürekli yaflamak istiyorsa geliflmek ve büyümek zorundad r. Bu amac sa layacak tek yol ise AR-GE dir. Varolan bilgi birikiminden yola ç k larak daha geliflmifl, daha kaliteli, daha ifllevsel yeni ürünler, üretim süreçlerinin gelifltirilmesine inovasyon denir.

18 10 Endüstriyel Kimya KÜTLE DENKL Genel Kimya derslerinde görülen Lavoisier in buldu u kütle korunumu yasas, maddenin yoktan var edilemeyece ini var olan bir maddenin de yok olamayaca- n ifade eder. Bu yasaya göre, kapal bir dizgede bir kimyasal tepkimeye giren maddelerin (ham maddelerin) kütlelerinin toplam tepkimeden ç kan maddelerin (ürünlerin) kütlelerinin toplam na eflit oldu u yani kütlenin korundu u kabul edilir. Kütlenin korunumu yasas kimya endüstrisinde kütle denkli i olarak ifade edilir. Kütle denkli ini terimini de benzer bir ifadeyle aç klamak gerekirse kütlenin durumu yeniden düzenlenebilir fakat kütle yarat lamaz veya yok edilemez. Bu yasaya dayanarak aç k bir dizgeye girip ç kan maddelerin nicelikleri aras nda kurulan denkli e kütle denkli i denir. Afla da çinko (II) iyonunun hidrojen sülfür ile yapt kimyasal tepkime görülmektedir. Ürün olarak bafllang ç maddelerinden tamamen farkl olan çinko sülfür bilefli i oluflmufltur. Kütlenin korunumu yasas na göre tepkimeye girenlerin kütleleri toplam (99,445) ürünlerin kütleleri toplam na (99,445) eflittir. Zn 2+ + H 2 S? ZnS + 2H + 65,38 g 34,065 g = 97,445 g 2,00 g 99,445 g = 99,445 g Kütle denkli i ölçülen nicelikler (birimler) aç s ndan düflünüldü ünde daha dikkatli olmak gerekir. Kimyasal tepkime sonucunda kütlede bir de ifliklik olmayaca için tepkimeye girenler ile tepkimeden ç kanlar n (ürünlerin) kütleleri eflittir. Girdi (A + B + C +...) (kg) = Ç kt (D + E + F +...) (kg) Çinko sülfür oluflum tepkimesine ait kütle denkli i ifadesini yazacak olursak: SORU Girdi (Zn 2+ + H 2 S) (kg) = Ç kt (ZnS + 2H + ) (kg) Girdi (0,099445) (kg) = Ç kt (0,099445) (kg) Kimyasal tepkime sonucu mol say lar n n de iflmesi nedeniyle Girdi (A + B + C +...) (mol) = Ç kt (D + E + F +...) (mol) Girdi (A + B + C +...) (mol) Ç kt (D + E + F +...) (mol) denkliklerinin SORU ikisi de do ru olabilir. Gerçekte ikinci durum ile daha çok karfl lafl l r. Kimyasal fllemlerde Kütle Ba lant lar Kimyasal tepkimenin kullan ld ifllemlerde, ham maddeler ile ürünler aras ndaki kütle ba lant lar kütle korunum yasas ile bulunur. Burada dikkat edilmesi gereken nokta; kimyasal tepkimedeki stokiyometrik katsay lar n denklefltirilmesidir. Katsay lar denklefltirildi inde mol-kütle iliflkileri kurularak ham madde veya ürünün kütleleri AMAÇLARIMIZ AMAÇLARIMIZ belirlenir. K T A P Kimyasal tepkimelerin K T A P denklefltirilmesi ile detayl bilgiyi Genel Kimya kitab n z n Kimyasal Tepkimeler ve Stokiyometri ünitesinden (Ünite 2) bulabilirsiniz. TELEV ZYON TELEV ZYON NTERNET NTERNET

19 1. Ünite - Kimya Endüstrisi 11 Kimyasal fllemlerde Hacim ve Mol Ba lant lar Maddenin kat, s v ve gaz halleri düflünüldü ünde her biri için kullan lan ölçüm birimleri vard r. Kat için a rl k birimi (g, kg, ton), s v için hacim SORU birimi (ml, L, SORU m 3 ) veya a rl k birimi (g, kg, ton) ve gazlar için hacim birimleri (L, m 3 ) kullan l r. Bunlar n yan s ra kat, s v ve gazlar için kullan labilen yo unluk ölçümü yap l r. 1 ml çözeltinin (veya gaz n, Birimi g/ml, kg/l, kg/m 3 kat n n) a rl na yo unluk dür. Gazlar n ölçümlerinde s cakl k ve bas nç da önemli denir. parametrelerdir. Çünkü s cakl k ve bas nç de iflimi ile gaz n özellikleri de iflebilir (örne in gaz belirli s cakl k ve bas nçta s v laflabilir). Gazlar için temel al nan s cakl k 0 C ve 760 mmhg dir (=1 atm). Bu de erlere normal koflullar denir ve NKA (Normal Koflullar Alt nda) ile gösterilir. Normal koflullar alt nda AMAÇLARIMIZ 1 mol ideal gaz 22,4 L hacim kaplar. AMAÇLARIMIZ deal gaz ile detayl bilgiyi Genel Kimya kitab n z n Gazlar ünitesinden K T A(Ünite P 6) bulabilirsiniz. Kar fl m ve Çözeltilerin Bileflimi TELEV ZYON Kar fl m ve çözeltilerde birden fazla madde bulundu u için her bir maddenin ayr ayr ve toplam özelliklerini ifade etmek gerekir. Hacim ba lant lar V, a rl k ba lant lar m ve bas nç ba lant lar P ile gösterilir. Toplam nicelikler ifade edilmek istendi inde V, m ve P kullan l rken her bir saf madde için V A (V B, V C, vb.), m A (m B, NTERNET m C, vb.) ve P A (P B, P C, vb.) kullan l r. Gazlar n bas nçlar P s cakl k ve hacimden etkilenir. Gazlar ideal olarak düflünüldü ünde bas nç, s cakl k ve hacim iliflkisi ideal gaz denklemiyle verilir. K T A P TELEV ZYON NTERNET P V = n R T (1.1.) P bas nç (atm); V hacim (L); n mol say s (mol); R evrensel gaz sabiti (0,082 L atm/k mol); T s cakl k (K) A, B ve C bileflenlerinden oluflan bir kar fl m n baz nicelikleri afla da verilmifltir: m = m A + m B + m C (toplam a rl k) (1.2.) V = V A + V B + V C (toplam hacim) (1.3.) P = P A + P B + P C (toplam bas nç) (1.4.) Toplam a rl k, hacim veya mol say lar 100 kabul edildi inde içerisindeki saf maddelerin de erleri a rl k yüzdesi, hacim yüzdesi veya mol yüzdesi fleklinde verilir. A maddesinin bu özelliklerini inceleyelim: A % = (m A /m)x 100 (1.5.) Hac % = (V A /V) x 100 (1.6.) Mol % = (n A /n) x 100 (1.7.) Yukar daki niceliklerin kat, s v ve gazlar için kullan m : Kat lar için : A % S v lar için : A %, Hac %, Mol % Gazlar için : Mol % = Hac % Kütle Denkli i Problemlerinin Çözümü Kimyadaki temel niceliklerden biri mol kavram d r. Mol kavram n n iyi anlafl lmas kimyadaki birçok problemin çözümünü kolaylaflt r r. Kütle denkli i problemlerinde de mol kavram önemli bir yer tutmaktad r. Mol-hacim, mol-kütle gibi birim-

20 SORU SORU 12 Endüstriyel Kimya ler aras ndaki ba lant lar n anlafl lmas ile kütle denkli i probleminin çözümü çok daha kolaylafl r. Kütle denkli i problemlerini çözmek için afla daki basamaklar n AMAÇLARIMIZ uygulanmas faydal olacakt r: K T A P TELEV ZYON NTERNET Mol kavram yla K ile T Adetayl P bilgiyi Genel Kimya ve Analitik Kimya kitaplar n zdan bulabilirsiniz. 1) Basit TELEV ZYON ak fl flemas çizilir. 2) Ak fl flemas üzerine madde miktarlar yaz l r. 3) Tepkime denklemleri yaz l r. 4) Bilinen veriler aras ndan uygun bir temel seçilir. Kütle denkli i NTERNET problem çözümü için yukar da önerilen dört ad m örnek 1 de gösterilmifltir. ÖRNEK Hacimce % 40 toluen, % 60 benzen içeren bir kar fl mdan günde 1000 L dam tma ile ar t lacakt r. Dam tma tepe ürünü % 10 toluen, % 90 benzen (mol %) dip ürünüde % 0,5 benzen, % 99,5 toluen a rl d r. Günde kaç litre tepe ve dip ürün elde edilir? 1) Basit bir ak fl flemas (dam tma kulesinin flekli) çizildi. Burada: B: Besleme T: Tepe ürünler D: Dip ürünleri gösterir. 2) Ak fl flemas üzerine soruda verilen madde miktarlar yaz ld. T Mol %10 toluen %90 benzen B Hacim 1000 L/gün %40 toluen %60 benzen Dam tma Kulesi D Mol %0,5 benzen %99,5 toluen 3) Üretim kimyasal tepkimesiz olup sadece fiziksel ifllemler ile yap ld için tepkime denklemi yaz lmad. 4) Sorudaki verilere ve istenen parametrelere bak ld nda temel için en uygun seçimin ham madde deriflimi oldu u belirlendi. Temel: 1000 L/gün B S v lar için Mol % Hacim % oldu u için ayn birime çevirmek için yo unluk kullan l r.