Genel Kimya. Bölüm 1: Maddenin Özellikleri ve Ölçümü. Yrd. Doç. Dr. Mustafa SERTÇELİK Kafkas Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü

Transkript

1 Genel Kimya Bölüm 1: Maddenin Özellikleri ve Ölçümü Yrd. Doç. Dr. Mustafa SERTÇELİK Kafkas Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü

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. 2

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 3

4 Madde Madde boşlukta yer tutan, kütle denen bir özelliğe sahip ve eylemsizliği olan her şeydir. Bileşim, bir madde örneğinin bileşenlerini ve bunların madde içindeki bağıl oranlarını belirtir. Ör.: H 2 O, %11,19 H ve %88,81 O (kütlece) Özellikler, bir madde örneğini başka madde örneklerinden ayıran niteliklerdir. Kimi durumlarda özellikler gözle görülebilir. Maddenin özellikleri, genellikle, fiziksel özellikler ve kimyasal özellikler diye iki grupta toplanabilir.

5 Fiziksel Özellikler ve Fiziksel Değişimler Fiziksel Özellik: Maddenin bileşimini değiştirmeyen özelliktir. Örneğin, bakır dövülerek levha ya da yaprak haline getirilebilir. Bu özellik kırılgan olmama (dövülebilirlik) özelliğidir. Fiziksel Değişme: Fiziksel değişmede maddenin bazı fiziksel özellikleri değişir, ama bileşimi değişmeden kalır. Ör., sıvı su donarak katı su (buz) oluştuğunda (fiziksel değişme), kesinlikle farklı görünürse de bileşimi hala kütlece %11,19 H ve %88,81 O dir.

6 Kimyasal Özellikler ve Kimyasal Değişimler Kimyasal değişme ya da kimyasal tepkimede bir ya da daha fazla madde çeşitli farklı bileşimlerde yeni madde örneklerine dönüşür. Kimyasal değişme, maddenin bileşiminde meydana gelen değişmedir. Ör., kağıdın yanması. Kimyasal Özellik: Bir madde örneğinin, belli koşullarda, bileşiminde bir değişme meydana getirebilmesi (ya da getirememesi) yeteneğidir.

7 Maddenin Sınıflandırılması Madde, atom, denen çok küçük birimlerden oluşur. Günümüzde 115 çeşit atom bilinmektedir ve bütün maddeler bu 115 atom çeşidinden meydana gelmiştir. Tek bir atom çeşidinden oluşmuş maddelere element denir. Bilinen elementler karbon, demir ve gümüş gibi çok tanınan maddelerden, lutesyum ve talyum gibi fazla tanıdık olmayan maddelere kadar uzanır. Kimyasal bileşikler, iki ya da daha fazla farklı element atomunun birleşmesiyle oluşan maddelerdir. Bilim adamları milyonlarca farklı kimyasal bileşik tanımlamışlardır. Molekül, bileşiği oluşturan atomları, bileşikteki ile aynı oranda içeren en küçük birimdir. Su molekülü, iki hidrojen atomunun bir oksijen atomuna bağlı olduğu üç atomlu bir birimdir.

8 Maddenin Sınıflandırılması Çevremizde görülen bütün maddeler aşağıdaki gibi sınıflandırılır. Madde Saf maddeler f iziksel yöntemlerle ayrilabilir Karişimlar Elementler Bileşikler Homojen Karişimlar Heterojen Karişimlar Kimyasal yöntemlerle ayrilabilir 8 Süspansiyonlar (Kireçli su) Emülsiyonlar (Yağ+su) Aerosol (sis)

9 Maddenin Sınıflandırılması Bir element ya da bileşiğin bileşimi ve özellikleri verilen bir örneğin her tarafında aynıdır ve bir örnekten diğerine değişmez. Element ve bileşiklere saf madde adı verilir. Saf maddelerin karışımlarını tanımlarken homojen karışımlar ya da çözelti terimlerini kullanırız. Normal hava çeşitli gazların, başlıca azot ve oksijen elementlerinin homojen bir karışımıdır. Kum ve su örneğinde olduğu gibi heterojen karışımlarda bileşenler farklı bölgelere ayrılırlar. Buna göre, karışımın bir yerinden diğerine bileşim ve fiziksel özellikler değişebilir. Mayonez, bir beton parçası ve bir bitki yaprağı heterojendir. Genellikle heterojen karışımlar, homojen olanlardan kolaylıkla ayırt edilebilir.

10 Maddenin Ölçülmesi: SI (metrik) Birimleri Kimya, nicel bir birimdir. Bu ise birçok durumlarda bir maddenin bir özelliğini ölçebileceğimiz ve bunu bilinen değerde bir özelliğe sahip olan bir standart ile karşılaştırabileceğimiz anlamındadır. Kimyada deneylerin tekrarlanabilirliği temel esastır. Ölçümün bilimsel sistemi Uluslararası Birimler Sistemi diye bilinir ve SI şeklinde kısaltılır.

11 Birim Sistemi MADDE MİKTARI: Mol HACİM: Litre, ml, cm 1000 cm 3 =1000 ml= 1 lt UZUNLUK: Metre (ve alt ve üst katları) Angstrom (Å) = m 1 inç= 2.54 cm=25.4 mm 11

12 Birim Sistemi SICAKLIK Celcius ( C) (t) Kelvin (K) (T) Fahrenhayt ( F)(F) T= t C= K= 298 K 12

13 Birim Sistemi BASINÇ Atm, Bar, Torr, mm-hg 1 atm= 760 torr=760 mm-hg 1 bar = torr = atm 13

14 Birim Sistemi

15 Birim Sistemi Birim sistemlerinde kullanılan alt ve üst kat önekleri ÖNEK KAT SEMBOL mili 10-3 kat m kilo 10 3 kat k mikro 10-6 kat nano 10-9 kat n 15

16 Birim Sistemi Kimyada Kullanılan Bazı Sabitler R (İdeal Gaz Sabiti) R=0.082 lt.atm./mol. K R=1.987 kal./mol. K R= j/mol. K N A =Avagadro sayısı = 6.02X

17 ÇEVİRME FAKTÖRÜ Matematiksel işlemlerde birimler dikkate alınmalı ve çevirme faktörleri kullanılarak anlamlı birimleri ifade eden rakamlar elde edilmelidir. İstenen miktar ve birimi Verilen miktar ve birimi X Çevirme faktörü 17

18 ÇEVİRME FAKTÖRÜ Örnek: 36 km/saat kaç m/sn dir?? m sn 36 km saat X 1000 m 1 saat 1 km X 3600 sn 10 m/sn İstenen miktar ve birimi Verilen miktar ve birimi Çevirme f aktörü 18

19 Bağıl Sıcaklıklar

20 Yoğunluk (d) ve Yüzde Bileşimin Soru Çözümünde Kullanılması Yoğunluk, kütlenin hacmine oranıdır. d= m/v (g/ml) * Kütle ve hacim kapasite özellikleridir. Kapasite özelliği, gözlenen madde miktarına bağlıdır. * Yoğunluk şiddet özelliğidir. Şiddet özelliği gözlenen madde miktarından bağımsızdır.

21 Bilimsel Ölçümlerde Belirsizlikler Sistematik Hatalar: Ölçme aletlerinin yapısından ya da doğasından ileri gelen hatalara sistematik hatalar denir. Ör., termometre daima 2 C daha düşük gösterebilir. Tesadüfi Hatalar: Deneyi yapan kişinin bilimsel bir aleti okumaktaki beceri ve yeteneğindeki sınırlar da hatalara ve verim sonuçlarının çok yüksek ya da çok düşük bulunmasına yol açabilir. Bu hatalara tesadüfi hatalar denir.

22 Bilimsel Ölçümlerde Belirsizlikler Kesinlik: Ölçülen miktarın tekrarlanabilirlik derecesini gösterir. Yani, miktar birkaç kez ölçüldüğünde sonuçlar arasındaki yakınlığı belirtir. Eğer her bir ölçüm serisi ortalamadan az bir miktar saparsa, bu ölçüm serilerinin kesinliği yüksektir (ya da iyidir). Aksine, ölçümler arasında büyük sapma varsa kesinlik zayıftır (ya da düşüktür). Doğruluk: Ölçüm değerinin kabul edilen ya da gerçek değere ne kadar yakın olduğunu gösterir. Kesinliği yüksek ölçümler her zaman doğru değildir; büyük bir sistematik hata olabilir. Yine de kesinliği yüksek ölçümlerin düşük olanlarınkine göre doğru olma olasılığı daha fazladır.

23 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) (belirsizlik 1), (belirsizlik 0.001) 23

24 Soldan itibaren sıfır olmayan haneden başlayarak sayın Sayı 6,29 g 0,00348 g 9,0 1, Anlamlı Rakamlar Anlamlı rakam

25 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 rakamı virgülden sonra iki haneli olacaksa 3.14 olur eğer virgülden sonra üç hane olacaksa olur 25