KİMYANIN TEMEL YASALARI

Transkript

1 KİMANIN TEMEL ASALARI Dalton ve Atom Teorisi Atom ile ilgili tanımlamalar yaklaşık 500 yıl önce yunan filozoflar tarafından yapılmaya başlanmıştır. aptıkları tanımlamalarda, maddenin bölünemeyen küçük parçacıklardan oluştuğu belirtilmiş ve bu parçalara yunancada bölünemeyen-kesilemeyen anlamında "atomos" adını vermişlerdir. Atom kelimesinin kökeni buradan gelmektedir. Bu tanım, bilimsel deneylerle desteklenen bulgularla değil, felsefi tartışmalar sonucunda ortaya çıkmıştır. Atomların varlığı ile ilgili, maddenin doğasını ve kimyasal tepkimeleri inceleyen bilimsel destek sağlayan çalışmalar, sabit oranlar yasası ve kütlenin korunumu yasası ile ortaya çıkmıştır. Kütlenin Korunumu asası Lavoisier 189 yılında yanma olayının havanın oksijeni ile birleşmenin bir sonucu olduğunu göstermiştir. Lavoisier, yanma ile ilgili deneylerini kapalı bir kapta gerçekleştirerek, kabın toplam kütlesinin, tepkimenin başlangıcında ve sonunda aynı olduğunu göstermiştir. Fiziksel ve kimyasal olayların tamamında başlangıçtaki toplam kütle, sonuçtaki toplam kütleye eşit olmak durumundadır. Bu durum fiziksel ve kimyasal olaylarda kütlenin korunumu yasası olarak ifade edilmektedir. Fe + S FeS 14 gram 8 gram gram ukarıdaki örnekte görüldüğü gibi, Demir(Fe) ile Kükürt(S) arasında gerçekleşen bir kimyasal tepkimede 14 gram demir ile 8 gram kükürt birleşerek gram demir sülfür(fes) bileşiği oluşturmaktadır. Tepkime üncesi ve sonrası kap içerisindeki toplam kütle gramdır ve korunmuştur. Öyleyse 44 gram FeS için kullanılması gereken Fe kütlesi 8 gram, S kütlesi ise 16 gram olacaktır. Bu durumda da başlangıçtaki ve sonuçtaki kütlenin aynı olduğu görülecektir. Dalton Atom Modeli Sabit oranlar yasası ve kütlenin korunumu yasası ilk atom modeli için bilimsel dayanak oluşturmuşlardır. Çünkü deneylerle desteklenmişlerdir. Bu çalışmalar sırasında bilim adamları şu sorulara da yanıt aramışlardır: " Bu yasalar ışığında maddenin doğası ile ilgili doğru olan nedir?, başka bir deyişle madde neden yapılmıştır?". 19. yüzyılın başlarında İlk bilimsel atom kuramını 1808 yılında İngiliz bilim insanı John Dalton( ) oluşturmuştur. Kütlenin korunumu yasası ve sabit oranlar yasasından yola çıkarak, eğer atom varsa, belirli özelliklerinin bu yasalara uyması gerekir düşüncesinden yola çıkmış, yunanlıların atom tanımını da kullanarak, Dalton Atom Modeli'ni oluşturmuş ve aşağıdaki sonuçlara ulaşmıştır. 1. Elementler atom adı verilen ve bölünemeyen içi dolu küreciklerden oluşurlar.. Bir elementin bütün atomları şekil, büyüklük ve kütle bakımından aynıdır. 3. Farklı elementlerin atomları, şekil, büyüklük ve kütle bakımından farklı olmalıdır.. 4. Bileşikler oluşurken farklı element atomlarının birleşmesiyle oluşurlar. Kimyasal tepkimeler, atomların birleşmesi, ayrılması ya da kendileri arasında yeniden düzenlenmesiyle oluşur. Bir bileşiği oluşturan element atomlarının birleşme oranı sabittir. 5. Atomlar bölünemez. Atomlar kimyasal tepkimeye girdiklerinde, yeni bir düzende biraraya gelirler.

2 Dalton'dan sonra atom ile ilgili çalışmalar süregelmiş, atomun görülüp görülemeyeceği üzerine çalışılmıştır. Çeşitli optik aletlerle yapılan çalışmalarda, atomun görülebilir olup olmadığı araştırıılmış ancak bir sonuca ulaşılamamıştır. akın zamanlarda, bilim insanları belirli bir çözünürlükte katı maddelerin yüzeylerinin haritasını çıkarabilen duyarlı aletler geliştirmişlerdir yılında Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer geliştirdikleri bir tünel tarama mikroskopuyla, 1986 yılında Nobel Fizik ödülünü kazanmışlardır. Bu aletle metal yüzeylerini tarayarak atomların görüntülerini, bilgisayarda elde ettikleri verileri işleyerek, elde etmeyi başarmışlardır(şekil 1.10). Farklı elementlerin atomlarının boyutları farklıdır. Bu nedenle, atomları sembolize ederken farklı boyuttaki küresel şekiller kullanılabilir. Böylece atomların boyutlarının farklı olabileceği gerçeği de vurgulanmış olur. anda farklı element atomlarının boyutları farklı ranklerle sembolize edilmiştir. Örneğin, şekildeki veriler incelenirse Klor(Cl) atomunun boyutunun Oksijen(O)atomunun boyutundan büyük olduğu gözlenebilir. Her elementin kendine özgü bir sembolü vardır ve elementler bu sembollerle gösterilirler. andaki şekilde elementlerin boyutlarıyla birlikte sembolleri de verilmiştir. Molekül Atomlar birleşerek farklı yapılara sahip daha karmaşık maddeler oluştururlar. İki ya da daha fazla atomun birleşerek oluşturduğu bu yapıya molekül denir. Çok fazla sayıda bileşik ve pek çok element doğada moleküller halinde bulunurlar. Bileşiklerden iyonik olanların yapısı daha sonra anlatılacaktır. ukarıdaki gibi atomların şekillerini kullanarak modeller oluşturabileceğimiz gibi, yeterli bilgi ile, atomların nasıl kimyasal bağ oluşturduklarını gösterebileceğimiz yapısal formülleri de oluşturabiliriz.

3 Moleküllerin üç boyutlu gösterimleri çeşitli şekillerde olabilir. Aşağıda top-çubuk modeli, boşluk doldurma modeli adını verdiğimiz modellerden örnekler verilmiştir. Daha karmaşık maddelerin molekül formülleri ifade edilirken parantezler de kullanılmaktadır. Örneğin, ürenin formülü CO(NH ) şeklindedir. Burada NH nin molekülde ik kez kullanıldığı anlatılmaya çalışılmaktadır. Üre için top-çubuk modeli ve boşluk doldurma modeli yanda gösterilmiştir. Bir formüldeki atom sayısının hesaplanması Bir kimyasal formülün yapısında yer alan atomların sayısı belki de daha önce çok fazla yaptığınız bir çalışma olduğu için kısaca iki örnekle açıklanacaktır. Örnek: (CH 3) 3COH formülünde yer alan atomların toplam sayısını hesaplayalım. Çözüm: Formül yapısı incelendiğinde CH 3 yapısının formülde 3 kez tekrarlandığı görülür. Bu durumda açılım yapılarak atomlar sayılırsa 1 moleküldeki toplam atom sayısının 15 olduğu görülür.

4 Örnek: CoCl.6H O formülündeki toplam atom sayısını bulunuz. Çözüm: Verilen formül bir hidrat bileşiğine aittir. Hidrat bileşikleri su tutucu maddelerdir. Su ile karşılaştıklarında tutma özellikleri vardır. Burada CoCl formülüne sahip olan madde su tutmuştur. Formül tutulan su molekülü sayısının 6 olduğunu göstermektedir. Aşağıdaki gibi atomlar sayıldığında toplam atom sayısının 1 olduğu görülür. Örnek: Aşağıdaki formüllerdeki toplam atom sayılarını hesaplayınız. Atomlar, Moleküller ve Sabit Oranlar asası Dalton atom modeline göre, bir bileşiğin tüm molekülleri farklı element atomlarının belirli bir oranda birleşmesiyle oluşmuşlardır. Bu durumda tüm moleküllerde atomların oranı aynı olmalıdır. Su molekülleri incelendiğinde, her molekülün iki hidrojen atomuna karşılık, bir oksijen atomu içerdiği görülür. Bugün, oksijen atomunun, hidrojen atomundan daha ağır olduğu bilinmektedir. Bir tane oksijen atomunun ağırlığı, bir tane hidrojen atomunun kütlesinin 16 katıdır. H ve O atomlarının kütlesinin ne olduğunu bilmeden de bu oranı bulabiliyoruz. Burada bir H atomunun 1 birim kütleye sahip olduğunu söylersek, 1 O atomunun kütlesinin 16 birim kütleye sahip olduğunu ifade edebiliriz. Böylece bir oksijen atomu bir hidrojen atomundan 16 kat daha ağır olacaktır. Bir su molekülü hidrojen atomu ve bir oksijen atomunun birleşmesinden oluştuğuna göre, su molekülündeki oksijen atomunun kütlesinin(16 birim kütle), hidrojen atomlarının kütlesine( birim kütle) oranının 8 olduğu görülecektir. Su moleküllerinden 5 tane alındığında da oran (5x16 birim kütle/10x1 birim kütle) 8 çıkacaktır. Bu durumda molekül sayısına bakılmaksızın, sudaki oksijen kütlesinin hidrojen kütlesine oranının her zaman 8 olduğu ortaya çıkar. Başka bir deyişle, sudaki sabit kütle oranı(oksijen kütlesi/hidrojen kütlesi) 8'dir. Bileşiklerdeki bu oranı açıklayan yasaya da sabit oranlar yasası denir.

5 Sabit oranlarla ilgili sorular X 4 1. X bileşiğinde kütlece oranı dir. Bu bileşikten gram elde etmek için, kaç gram kullanılmalıdır? 5 A) 10 B) 8 C) 36 D) 40 E) 54. Mg ve S elementleri kütlece (Mg/S) 4 3 oranında birleşir. Eşit kütlelerde Mg ve S tepkimeye sokulduğunda hangi elementin kütlece yüzde kaçı artar? A) S, 5 B) Mg, 0 C) S, 5 D) Mg, 5 E) Mg, X ve elementlerinden oluşan bir bileşikte X kütle oranı 3 4 olduğuna göre, 8 gram ürün oluşturduğunda kaç gram kullanılır? A) 9 B) 1 C) 16 D) E) gram X ile 16 gram elementlerinin tepkimesinde, en fazla 1 gram bileşik oluşuyor. Buna göre,bu bileşikten 48 gram elde etmek için kaç gram kullanılmalıdır? A) 40 B) 3 C) 4 D) 0 E) X ve elementlerinden oluşan bir bileşikte, kütlece X gram birleşir? oranı 1 8 olduğuna göre, 4 gram X elementi ile kaç A) 16 B) 4 C) 3 D) 40 E) gram X ve 45 gram ile en çok 45 gram bileşik elde edilebildiğine göre, oluşan bileşikte kütlece X oranı kaçtır? A) B) 3 C) 3 D) 1 3 E) 5. X ve elementlerinden oluşan bir bileşikte X kütle oranı 5 3 tür. Buna göre, 45 gram X elementi ve 30 gram elementinden en çok kaç gram bileşik elde edilir? A) 63 B) 64 C) D) 5 E) 80 X 8. Kütlece oranı 3 8 kullanılmalıdır? olan bir bileşikten 44 gram elde edebilmek için, aşağıda verilenlerden hangileri I. 1 gram X ile 3 gram II. III. 4 gram X ile 4 gram X ve elementlerinden 3 şer gram A) alnız I B) alnız III C) I ve II D) I ve III E) I, II ve III

6 9. X ve elementleri bir tür bileşik oluşturuyorlar. Bu elementlerin kütlece birleşme oranlarını saptamak için yapılan iki deneyde aşağıdaki sonuçlar bulunuyor: I. 0 gram X ile 8 gram nin tepkimesi sonucunda en çok 5 gram bileşik oluşuyor. II. 45 gram X ile 10 gram nin tepkimesi sonucunda en çok 50 gram bileşik oluşuyor. Buna göre, oluşan bileşikte kütlece A) B) 4 C) 5 D) X birleşme oranı kaçtır? 9 X3 bileşiğinde kütlece birleşme oranı E) X 18 dir. Bu bileşiği oluşturmak üzere, 36 gram X ile 8 gram tepkimeye sokuluyor. En çok kaç gram X3 elde edilebilir? 11. X3 bileşiğinde kütlece birleşme oranı X 18 dir. Bu bileşiği oluşturmak üzere; 108 gram X ile 108 gram tepkimeye sokuluyor. En çok kaç gram X3 elde edilebilir? A) 16 B) 180 C) 150 D) 140 E) 108 Katlı Oranlar asası Dalton'un atom modelini oluştururken sağladığı asıl başarı, daha önce bulunmamış olan katlı oranlar yasasını açıklamış olmasıdır. Bu yasa iki elementin biraraya gelerek farklı bileşikler oluşturmasını açıklamaktadır. İki element biraraya gelerek birden farklı bileşik oluşturuyorlarsa, elementlerden birinin her iki bileşikteki eşit miktarlarıyla birleşen diğer elementin bu iki bileşikteki miktarları arasında, tam sayılarla ifade edilebilen(1'den farklı) bir oran vardır. Bu orana katlı oran, yasaya da katlı oranlar yasası denir. Katlı oranlar yasasını daha iyi açıklayabilmek için yandaki şekilde verilmiş olan kükürt ve oksijen elementleri arasında oluşan kükürt dioksit(so) ve kükürt trioksit(so3) bileşiklerindeki durumu inceleyelim. Bu maddelerin birer molekülünde birer tane kükürt atomu vardır. Bu durumda ker iki molekülde de kükürt aynı alınırsa, oksijen atomları sayısının SO molekülünde tane, SO3 molekülünde ise 3 tane olduğu görülür. O halde, kükürtün aynı miktarıyla birleşen iki bileşikteki oksijenlerin oranı /3'tür. Bütün oksijen atomlarının kütlesi aynı olduğuna göre, iki bileşikteki oksijen kütlelerinin oranı da /3 olmalıdır. Bu oran basit tamsayılı bir orandır ve bu iki bileşikte katlı oran bu durumda /3 olur. Örnek: Aşağıda aynı elementlerden oluşmuş iki moleküldeki katlı oran kaçtır?

7 Örnek: Aşağıda aynı elementlerden oluşmuş moleküllerde katlı oran var mıdır? Örnek: Aşağıda aynı elementlerden oluşmuş moleküllerde katlı oran var mıdır? Katlı Oranlar asası ile ilgili Sorular 1. Pb O3 ve Pb 3 O 4 bileşiklerinde Pb elementinin eşit kütleleri ile birleşen oksijen kütleleri arasındaki oran kaçtır? A) 4 3 B) 3 C) 8 9 D) 5 E) 4 1. X ve elementlerinden oluşan iki bileşikten birincisinin formülü X, ikincisinin formülü X 4 n dir. Aynı miktar X ile birleşen birinci bileşikteki miktarının ikinci bileşikteki miktarına oranı formülündeki n kaçtır? tir. Buna göre, ikinci bileşiğin 5 A) 1 B) C) 4 D) 5 E) X ve elementleri X ve X 3 bileşiklerini oluşturuyorlar. 10 gram X elementinden en çok 15 gram X bileşiği oluşabildiğine göre, 5 gram X elementinden en çok kaç gram X 3 oluşabilir? A) 35 4 B) 35 C) 30 D 35 E) 45 X 4. X bileşiğinde kütlece oranı olduğuna göre, X 3 4 bileşiğinde aynı oran kaçtır? 16 1 A) 3 B) 3 C) 8 D) 3 E) X bileşiğinde, X kütlece birleşme oranı 5 tir. X 3 bileşiğinde, X elementinin kütlesinin bileşiğin kütlesine oranı kaçtır? A) 4 19 B) 8 19 C) 8 3 D) 9 3 E) 1 6. X 3 bileşiğinde, kütlece X birleşme oranı 3 4 tür. Aynı elementlerden oluşan X 3 bileşiğinden 48 gram elde etmek için kaç gram kullanılmalıdır? A) 1 B) 18 C) 4 D) 30 E) 36

8 . X ve elementlerinin oluşturduğu iki bileşikten X bileşiğinde, X kütlesinin bileşiğin kütlesine oranı 5 dir. Buna göre, X ve elementlerinden oluşan ve kütlesinin bileşiğin kütlesine oranının 6 11 olduğu bileşiğin formülü aşağıdakilerden hangisidir? A) X 3 B) X 3 4 C) X 4 3 D) X 3 E) X I. CH 4 ile C H 6 II. FeO ile Fe O 3 4 III.N O 5 ile NO ukarıda verilen bileşik çiftlerinden hangilerinde katlı oran 4 3 tür? A) alnız I B) alnız III C) I ve III D) I ve II E) I, II ve III 9. X 3 bileşiği kütlece % 30 içermektedir. 35 gram X elementinin yeterince ile tepkimesinden en çok kaç gram X bileşiği oluşabilir? A) 3 B) 36 C) 40 D) 45 E) CH 4 ve C H 3 6 bileşiklerine katlı oranlar yasası uygulandığında, eşit miktarda C ile birleşen CH 4 bileşiğindeki hidrojen kütlesinin, C H 3 6 bileşiğindeki hidrojen kütlesine oranı kaç olur? A) B) 3 C) 3 D) 1 3 E) X O 3 bileşiği kütlece % 0 X içeriyorsa, XO bileşiği kütlece yüzde kaç O içerir? A) 00 B) 00 9 C) 00 3 D) E) X ve elementlerinden oluşan iki bileşikteki X ve kütleleri aşağıdaki gibidir. X I. bileşik 8 gram 1 gram II. bileşik 16 gram 16 gram Buna göre bu iki bileşik aşağıda verilenlerden hangisi olabilir? X A) X X B) X 3 X 3 C) X X 3 D) X 3 X E) X X 5

9 13. X ve elementlerinden oluşan iki bileşikte X kütlelerinin eşit miktarlarıyla birleşen birinci bileşikteki kütlesinin, ikinci bileşikteki kütlesine oranı 1 olduğuna göre bu iki bileşik çifti aşağıda verilenlerden hangisi olamaz? I. bileşik II. bileşik A) X X 4 B) X 4 X 3 6 C) X X 3 D) X X E) X 3 X X ve elementlerinden oluşan iki bileşikten birincisinin 46, gramında 4,8 gram vardır. İkinci bileşikte 6,4 gram 6,1 gram X ile birleşmiştir. Birinci bileşiğin formülü X 3 olduğuna göre ikinci bileşiğin formülü aşağıdakilerden hangisidir? A) X 3 B) X C) X 3 4 D) X 4 E) X 15. Azot ve oksijenden oluşan iki bileşikten, Birincisinde g N, 16 g O ile, İkincisinde 14 g N, 16 g O ile birleşmektedir. Birinci bileşiğin formülü NO ise, ikinci bileşiğin formülü nedir? A) N O 5 B) N O 3 C) N O 4 D) N O E) NO