KİMYANIN SEMBOLİK DİLİ

Transkript

1 . KİMYANIN SEMBOLİK DİLİ BÖLÜM Günümüzde kullandığımız element terimine ait bilgiler eski çağlara kadar uzanmaktadır. Empedokles e göre canlılar toprak, su, hava ve ateşten oluşuyordu. sözcüğü ilk olarak Atinalı Platon tarafından kullanılmıştır. Platon dört elementi simgesel olarak ifade etmiştir. Platon a göre her elementin belirli bir biçimi vardı. Ateş tetrahedron (dört yüzlü), su ikozahedron (yirmi yüzlü), hava oktahedron (sekiz yüzlü) ve toprak hekzahedron (altı yüzlü küp) şeklindeydi. Empedokles in Dört Öge Kuramı ndan esinlenen Aristo ya (MÖ 84-22) göre birbirine zıt olan dört özellik (sıcak, soğuk, ıslak ve kuru) ikişer ikişer karşılıklı olarak uygun bir biçimde birleşerek dört elementi oluşturuyordu (Şekil 1.2). Aristo ya göre her bir element diğer üçüne dönüşebiliyordu. Örneğin ateş kuru-sıcak, hava ise sıcak-nemli olduğundan ateşteki kuruluk özelliği nemlilik özelliğine dönüştürülürse ateş de havaya dönüşmüş oluyordu. Dört Kuramı, Orta Çağ da Türk İslam bilginleri tarafından üç element (cıva, kükürt ve tuz) daha eklenerek genişletilmiştir. Rönesans Dönemi ile birlikte Avrupalı bilginler yüzyıllar arasında Türk-İslam bilginlerinin sahip oldukları bilgi birikiminden faydalanmışlar ve deneyler yapmaya başlamışlardır. 17. yüzyıldan itibaren yeni tekniklerin geliştirilmesiyle birlikte birçok element keşfedilmiştir. ve minerallerin ısıtılmasıyla ya da farklı kimyasal tekniklerle ayrıştırılmasıyla elementler saf olarak elde edilmiştir. Ancak bu devirdeki element anlayışı tam olarak bilimsel değildi. Çünkü o günün şartlarında parçalanamayan maddeler element olarak tanımlanıyordu. Mesela o zamanlarda parçalanamayan tuzlar element olarak düşünülmüştür. Aristo nun ortaya attığı dört element felsefesi geçerliliğini Robert Boyle un elementi tanımlamasına kadar korumuştur. Robert Boyle yaptığı deneyler sonucunda bazı kimyasal maddelerin daha basit maddelere ayrıştığını, bazılarının ise ayrışmadığını tespit etmiştir. Bunun sonucunda da elementi maddenin parçalanamayan yapı taşı olarak tanımlamıştır. Halbuki günümüzde Robert Boyle un tanımı geçerliliğini yitirmiş; elementlerin atomlardan oluştuğu ve bu atomların da proton, nötron ve elektronlardan meydana geldiği anlaşılmıştır. Günümüzde çok yüksek enerji kullanıldığında elementleri oluşturan atomlar parçalanabilmekte, daha küçük elementlere ve parçacıklara dönüşebilmektedir. HAVA Sıcak Nemli ATEŞ SU Kuru Soğuk TOPRAK Şekil 1.2: Aristo ya göre elementler Uyarı Aristo nun Dört Kuramı nda belirtilen hava, su, toprak ve ateş aynı isimle doğada var olan maddelerle özdeş değildir. 21

2 Kimyada Kullanılan Semboller Tablo 1.1: Eski Yunan ve Roma da gezegenler ve metaller arasındaki sembolik bağ Gezegen Metal Güneş Altın Ay Gümüş Mars Demir Merkür Cıva Jupiter Kalay Venüs Bakır Satürn Kurşun Simge Kimyada sembollerin kullanıldığına dair ilk yazılı belgelere eski Çin ve Mısır kaynaklarından ulaşılmaktadır. Daha sonraki sembolik gösterimler Eski Çinliler ve Eski Mısırlılardan etkilenmiştir. Eski çağlarda farklı bileşimlerdeki karışımları ve maddenin farklı biçimlerini göstermek için çeşitli semboller kullanılmıştır. Zamanla gezegenler de sembollerle ilişkilendirilmiştir. Örneğin Mısırlılar altını Güneş ile, gümüşü de Ay ile sembolize etmişlerdir. Eski Yunan ve Roma da bilinen yedi gezegen ve bunlarla ilişkilendirilen metaller arasındaki sembolik bağ Tablo 1.1 de gösterilmiştir. Lavoisier den önce belirli sayıda semboller ve formüllerden oluşan bir simya dili kullanılıyor ve bunlar gereksinime göre birleştiriliyordu. O zaman var olan sembollerle ifade edilemeyen kavramlar ise sözcüklerle betimleniyordu. Yaklaşık den fazla simge kullanılıyordu. Eğer o zamanlarda kullanılmış olan sembolik dil günümüzde de kullanılmış olsaydı bilinen madde ve bileşik sayısı kadar çok simge kullanma durumunda kalınacaktı. Bu nedenle Lavoisier, kimyanın anlaşılır bir dille yeni bir adlandırmaya ihtiyacı olduğunu belirledi. 18. yüzyılın sonlarına doğru Lavoisier, kimyasal değişimleri daha cebirsel bir dille yazmak üzere sembolik gösterim üzerine çalışmalar yürütmüştür. Lavoisier ve arkadaşlarının ortak çalışmaları sonucunda Kimyasal Adlandırma Yöntemleri adlı bir eser ortaya çıkmıştır. Bu eserde, yaşam havası yerine oksijen, yanar gaz yerine hidrojen, vitriyol asiti yerine sülfürik asit ve hava asiti yerine karbonik asit isimleri önerilmiştir. Ayrıca bu eserde, alkaliler için üçgenler, metaller için daireler, asit kökleri için kareler, basit maddeler için Latince adlarının ilk ya da uygun iki harfinin içine alındığı uygun geometrik şekiller ve bileşikler için ise yan yana yazılan iki sembol kullanılmıştır. Tablo 1.2: Altın, cıva ve kurşun sembollerinin tarihsel gelişimi Altın 1500 ler 1600 ler 1700 ler 1800 ler Berzelius 22 Cıva Kurşun John Dalton un (Con Dalton, ) yaşadığı dönemde keşfedilen stokiyometri yasaları yeni bir sembolik dilin kullanımını gerektirmiştir. Dalton, atomları göstermek için daire kullanmıştır. Örneğin karbon, içi dolu dairelerle gösterilmiştir. Ama Dalton un simgelemesinde karmaşık moleküllerin formülünü yazmada güçlükler yaşanıyordu. Dalton, hidrojenin en küçük bağıl ağırlığa sahip olduğunu kabul ederek ona 1 temel değerini vermiş ve ağırlık oranlarından yola çıkarak bazı elementlerin bağıl atom ağırlıklarının listesini oluşturmuştur. Stokiyometri konusunda çalışmalar yapmış olan Jöns Jakob Berzelius (Cans Cekıb Berzelyus), stokiyometrik ilişkileri sunmada Dalton un kullandığı sembollerin yeterli olmadığı kanısına varmış ve 181 yılında yeni bir sembol listesi hazırlamıştır. Bu sembollerin bir kısmı bugün hâlâ kullanılmaktadır. Berzelius sembolik gösteriminde harfi ya da işareti çevreleyen daire gibi şekiller kullanmamış, aynı sembole sahip başka bir atom olmayacak şekilde, her atomu Latince adının ilk harfini ya da ilkiyle birlikte uygun bir ikinci harfini alarak göstermiştir. Örneğin oksijeni O, demiri Fe sembolü ile göstermiştir. Kimyanın gelişim sürecinde bazı elementlerin sembolik gösterimi Tablo 1.2 de verilmektedir.

3 ler ler, tek tür atomlardan oluşan saf maddeler olup kimyasal ayrıştırma yöntemleriyle kendisinden daha basit ve farklı özellik gösteren maddelere ayrılmaz. Örneğin bir altın yüzük içindeki tüm atomlar birbirinin aynıdır. Aynı şekilde bir bakır telin içerisindeki atomlar da aynı türdendir. Fakat altın yüzük ve bakır tel içerisindeki atomlar birbirinden farklıdır. ler eski çağlardan beri insan hayatında önemli bir yere sahiptir ve günlük hayatta birçok alanda kullanılmaktadır. Günümüzde bilinen 118 element vardır. Bunların 90 kadarı doğal kaynaklardan elde edilebilirken, geri kalanları sadece laboratuvarlarda oluşturulabilir. Her elementin bir ismi ve sembolü vardır. Günümüzde yaygın olarak kullanılan elementler ve bu elementlerin sembolleri Tablo 1. te verilmiştir. Faydalı Bilgi Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (IU- PAC), kimyasal maddelerin adlandırılmasında ve kullanılan sembollerin veya formüllerin belirlenmesinde öncülük yaparak kimyacılar arasında iş birliği sağlayan bir kuruluştur. Tablo 1.: Gündelik hayatta karşılaşılan elementler ve sembolleri Hidrojen H Neon Ne Potasyum K Brom Br Helyum He Sodyum Na Kalsiyum Ca Gümüş Ag Lityum Li Magnezyum Mg Krom Cr Kalay Sn Berilyum Be Alüminyum Al Mangan Mn İyot I Bor B Silisyum Si Demir Fe Baryum Ba Karbon C Fosfor P Kobalt Co Altın Au Azot N Kükürt S Nikel Ni Cıva Hg Oksijen O Klor Cl Bakır Cu Kurşun Pb Flor F Argon Ar Çinko Zn Platin Pt lerin bazılarına keşfeden kişinin ismi verilirken (Einstenium) bazı elementlere şehir veya ülke (Polonyum, Amerikyum, Kaliforniyum) ismi verilmiştir. ler genellikle bir veya iki harften oluşan bir kimyasal sembol ile gösterilir ve bu sembolün ilk harfi her zaman büyük yazılır. Sembollerde genellikle elementin İngilizce veya Latince adının ilk harfi kullanılır. Örneğin hidrojen elementi H, azot elementi N sembolü ile gösterilir. Eğer aynı harfle başlayan birden çok element varsa elementin İngilizce veya Latince adının ilk harfi ile ikinci veya üçüncü harfi sembol olarak seçilir. Örneğin klor elementi Cl sembolü ile krom elementi Cr sembolü ile gösterilir. ler çeşitli şekillerde sınıflandırılmıştır. ler fiziksel hâllerine göre katı, sıvı ve gaz olarak sınıflandırılabilir. Örneğin bakır katı, cıva sıvı, azot oda koşullarında gaz hâlinde bulunur (Resim 1.22). ler kimyasal özellikleri dikkate alınarak metaller, ametaller, yarı metaller ve soy gazlar (asal gazlar) şeklinde de sınıflandırılabilir. Doğada bulunan elementlerin büyük çoğunluğu metaldir. Metaller sadece ametallerle, ametaller ise hem kendi aralarında hem de metallerle bileşik oluşturabilir. Tamamı renksiz gaz hâlinde bulunan soy gaz elementleri kararlı bir yapıda oldukları için genellikle bileşik oluşturmaz. Bazı elementlerin özelliklerinin bir kısmı metallerinkine, bir kısmı da ametallerinkine benzer. Örneğin silisyum bir yarı metaldir. Resim 1.22: Doğada katı, sıvı, ve gaz hâlde bulunabilen elementler vardır. Uyarı ler hakkında detaylı bilgi 2. ünitede yer almaktadır. 2

4 Şekil 1.: Atomik yapıdaki altın elementi bir metaldir. Şekil 1.4: Moleküler yapıdaki flor elementi bir ametaldir. Bazı elementler atomik yapıda (Şekil 1.) bulunurken bazı elementler moleküler yapıda bulunur. Atomik yapıdaki elementlerde aynı cins atomlar doğada tek başlarına bulunur. Bu tür elementlerin sembolü atomun sembolü ile aynıdır. Örneğin bakır, magnezyum, çinko ve demir atomik yapıdaki elementlerdendir. Moleküler yapıdaki elementlerin ise yapısında birbirine kimyasal bağlarla bağlı iki ya da daha fazla aynı cins atom gruplar hâlinde bulunur. Örneğin flor elementi (Şekil 1.4) iki flor atomundan oluşan moleküller (F 2 ), kükürt elementi sekiz kükürt atomundan oluşan moleküller (S 8 ) hâlinde doğada bulunur. ler İki ya da daha fazla element atomunun belirli oranda birleşmesiyle oluşan saf maddelere bileşik adı verilir. Doğada sınırlı sayıda element olmasına rağmen milyonlarca farklı madde bulunur. atomları alfabemizdeki harflere benzetilebilir. Alfabemizde 29 harf olmasına rağmen dilimizde bu harflerle oluşturulan çok fazla kelime vardır. Atomlar da harfler gibi bir araya gelerek birbirinden farklı bileşikler oluşturur. Metaller elektron vererek (+) yüklü iyonları (katyonları), ametaller ise elektron alarak ( ) yüklü iyonları (anyonları) oluşturur. Anyonların ve katyonların birbirlerini elektrostatik kuvvetlerle çektikleri bileşiklere iyonik bileşikler, farklı cins ametal atomları arasında elektronların ortaklaşa kullanıldığı bileşiklere de kovalent bileşikler denir. ler formüllerle gösterilir. formülleri, bileşiği oluşturan elementlerin neler olduğu ve element atomlarının birleşme oranları hakkında bilgi verir. teki her elementin bağıl atom sayısı elementin sağına yazılan alt indisle gösterilir. Eğer bileşikteki atomun sayısı bir ise 1 sayısı alt indisle gösterilmez. Örneğin yanda verilen suyun formülünde, elementler sembolleri ile gösterilmiş, atomların bağıl sayıları alt indis şeklinde yazılmıştır. Hidrojen sembolü H 2 O 2 hidrojen atomu Oksijen sembolü 1 oksijen atomu lerin adlandırılmasında bazı temel kurallar vardır. Belirgin bir sistematiğe göre adlandırma olmasaydı milyonlarca bileşiğin yaygın adlarını öğrenmek pek mümkün olmazdı. lerin Adlandırılmasında Temel Kurallar 1. Metal ve ametalden oluşan iyonik bileşikler, genellikle metalin adından sonra ametalin adına ür eki getirilerek isimlendirilir. ÖRNEK NaCl Ad değiştirilmez. Sonuna ür eki getirilir. Sodyum klorür Cevaplayalım lerin ve bileşiklerin adlarını bilmemiz bizlere ne gibi faydalar sağlar? Ametal oksijense oksit, azotsa nitrür, kükürtse sülfür şeklinde yazılır. İki veya daha fazla değerliği olan katyonların oluşturduğu iyonik bileşikler, katyonun değerliği (I, II, III) şeklinde yazılarak adlandırılır. İkiden fazla element bulunan iyonik bileşiklerde çoğunlukla anyon bir kök yani atomlar grubudur (NO gibi). Bazen de katyon bir köktür (NH 4 + gibi). Bu tür iyonik bileşikleri adlandırmak için kökleri tanımak gerekir. 24

5 İyonik bileşiklerin adlandırılması için yaygın olarak kullanılan anyonların ve katyonların bilinmesi gereklidir (Tablo 1.4 ve Tablo 1.5). Tablo 1.4: Bazı katyonlar ve okunuşları Katyon Katyon Li + Lityum Al + Alüminyum Na + Sodyum Fe 2+ Demir (II) K + Potasyum Fe + Demir (III) Ag + Gümüş Cu + Bakır (I) Mg 2+ Magnezyum Cu 2+ Bakır (II) Ca 2+ Kalsiyum Pb 2+ Kurşun (II) Zn 2+ Çinko NH + 4 Amonyum Tablo 1.6 da bazı iyonik bileşiklerin adlandırılmasına örnek verilmiştir. Tablo 1.6: Bazı iyonik bileşiklerin formülleri ve okunuşları Tablo 1.8: Bazı kovalent bileşiklerin formülleri ve adları CaO Kalsiyum oksit NH 4 Cl Amonyum klorür Na N Sodyum nitrür NaOH Sodyum hidroksit MgS Magnezyum sülfür CaCO Kalsiyum karbonat CuO Bakır(II) oksit NaHCO Sodyum bikarbonat Cu 2 O Bakır(I) oksit Al 2 (SO 4 ) Alüminyum sülfat 2. İki ametalin oluşturduğu bileşikler, genellikle ilk ametalin adından sonra ikinci elementin adına ür eki getirilerek isimlendirilir. Eğer bir ametal başka bir ametalle birden fazla kovalent bileşik oluşturuyorsa bu bileşiklerin adlandırılmasında element isimlerinin önlerine atom sayılarını belirten Latince ekler yazılır (Tablo 1.7). Ancak birinci element için mono- ön eki kullanılmaz. Bazı kovalent bileşiklerin formülleri okunuşları ile birlikte Tablo 1.8 de verilmiştir. HCl Hidrojen klorür NO Azotmonoksit HF Hidrojen florür NO 2 Azotdioksit CO Karbonmonoksit N 2 O Diazotmonoksit CO 2 Karbondioksit N 2 O 5 Diazotpentaoksit CCl 4 Karbontetraklorür SO 2 Kükürtdioksit. Bazı bileşiklerin sistematik adlandırılmasında element adları kullanılmaz. Bu tür bileşikler için özel sistematik adlandırmalar geliştirilmiştir. Bu özel durumları ileride detaylı olarak öğreneceksiniz. Tablo 1.9 da asitlerin sistematik adlandırılmasına örnekler verilmiştir. Tablo 1.5: Bazı anyonlar ve okunuşları Anyon F Cl Br I O 2 S 2 N OH NO CO 2 HCO PO 4 2 SO 4 HNO H 2 SO 4 H PO 4 CH COOH Florür Klorür Bromür İyodür Oksit Sülfür Nitrür Hidroksit Nitrat Karbonat Bikarbonat Fosfat Sülfat Tablo 1.7: Latince ön ekler ve anlamları Ön ek Anlamı mono- 1 di- 2 tri- tetra- 4 penta- 5 hekza- 6 Tablo 1.9: Bazı asitlerin sistematik adlandırılması Nitrik asit Sülfürik asit Fosforik asit Asetik asit 25

6 Aşağıda formülleri verilen bileşiklerin okunuşunu yazınız. Fe(OH) MgF 2 Al 2 S Pb(NO ) 2 NO H 2 S N 2 O 5 SO 2 Alıştırma 4. Bazı bileşikler geleneksel olarak sistematik olmayan adlarıyla adlandırılırlar. Su (H 2 O) ve amonyak (NH ) gibi birçok bileşiğin yaygın adları o kadar yerleşmiştir ki sistematik adları hemen hemen hiç kullanılmaz. Bu tür bileşiklere Tablo 1.10 da örnekler verilmiştir. Tablo 1.10: Bazı bileşiklerin geleneksel adları Geleneksel Adı Geleneksel Adı HCl Tuz ruhu HNO Kezzap NaCl Sofra tuzu H 2 SO 4 Zaç yağı NaOH Sud kostik CH COOH Sirke ruhu CaCO Kireç taşı NaHCO Yemek sodası Ca(OH) 2 Sönmüş kireç NH 4 Cl Nişadır 1. Etkinlik lerin Adlarını Yazalım Aşağıda sembolleri verilen elementlerin adlarını örnekteki gibi bulmacadaki yerlerine yazınız F O S F O R Yukarıdan aşağıya 1. P. B 4. Al 6. Cl 7. O 10. Ne 12. Mg 1. F 20. He Soldan sağa 2. C 5. S 8. K 9. Ar 11. Na 14. H 15. Li 16. Be 17. Ca 18. Si 19. N 26