Ders Müfredatı MÜHENDİSLİK KİMYASI DERS NOTLARI. Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN

Transkript

1 Ders Müfredatı MÜHENDİSLİK KİMYASI DERS NOTLARI Madde Atomun Yapısı ve Periyodik Sistem Kimyasal Bağlar Sembol, Formül ve Denklemler Stokiyometri Gazlar Katılar Sıvılar Çözeltiler Kimyasal Kinetik ve Denge Asitler, Bazlar ve ph Elektrokimya Kimyasal Termodinamik Gerekli Kaynaklar Modern Üniversite Kimyası C.E.Mortimer Çeviri : Prof. Dr. T. Altınata Prof. Dr. H. Akçay Prof. Dr. H. Anıl Prof. Dr. H. Avcıbaşı Prof. Dr. D. Balköse Cilt I-II Çağlayan Kitabevi, İstanbul Gerekli Kaynaklar Temel Kimya, Peter Atkins, Loretta Jones Çeviri : Prof. Dr. Esma Kılıç Prof. Dr. Fitnat Köseoğlu Doç. Dr. Hamza Yılmaz Cilt I-II Bilim Yayıncılık, Ankara Gerekli Kaynaklar Genel Kimya, İlkeler ve Modern Uygulamalar Petrucci, Harwood, Herring Çeviri : Tahsin Uyar Serpil Aksoy Cilt I-II Palme Yayıncılık, Ankara Öncelikler Çalışmaya Gerek Var mı? YOK yoksa sorun da yok!! VAR Kurallar Siz Kitap- Defter Kalem Derse katıl Devam Not tut Gözden geçir 1

2 KİMYA nedir? Düşündüğünüz bu mu? Merkezi Bilim Astronomi Nükleer Kimya Sağlık ve Tıp Biyoloji Fizik Jeoloji KİMYA Gıda Seramik Biyokimya Çevre Bilimleri Kimya faciayı önler? Kimya? Kimya kimi zaman "kolay zengin olmayı sağlayacak olan filozof taşını bulmayı sağlayan bir uğraş" kimi zamanda "uzun yaşamayı sağlayacak olan hayat iksirini bulma yolu" olarak görülmüştür. Şüphesiz bu tanımlar günümüzde de geçerli olan tanımlar değildir. Günümüzde kimyaya mucize yaratıcı bir bilim gözüyle de bakılmaktadır. Bugün de kimya için tek bir tanım yapmak mümkün değildir. Challenger 1986 da O-ringde meydana gelen aşınma nedeniyle infilak etti 2

3 Kimya? Madde? Kimine göre " Kimyacıların yaptıkları şey kimine göre "maddenin yapısını, özelliklerini, tepkimelerini inceleyen bir bilim" kimine göre "insan çevresini düzenli bir şekilde inceleme yolu" kimine göre ise "evrende bizi ilgilendiren herşeyi inceleyen bir bilim"dir. Şüphesiz bu tanımların hepsi doğrudur. Ancak kimisinin eksik, kimisinin ise açık olmadığı söylenebilir. Bize göre kimya, maddelerin yapısal özelliklerini ve birbiri ile olan etkileşimlerini, sebep ve sonuçları ile birlikte inceleyen bir bilim dalıdır. Kütlesi ve hacmi olan her şeye madde denir. Kütle ; madde miktarının bir ölçüsüdür. Bir cisim eğer bir dış kuvvetin etkisi altında değilse, hareketsiz kalma, hareket halinde ise hareketini devam ettirme eğilimindedir. Bu özelliğine eylemsizlik denir. Bir cismin kütlesi değişken olmadığı halde ağırlığı değişkendir. Ağırlık bir cismin üzerine yer küresinin uyguladığı çekim kuvvetidir. O nedenle herhangi bir cismin ağırlığı o cismin yerküresinin merkezine olan uzaklığı ile değişir. Elementler Madde ile enerji arasındaki etkileşim, maddelerin yapılarında ve davranışlarında değişimler meydana getirir. Kimyacının ana amacı ise, maddelerin yapılarını, davranışlarını, etkileşimlerini ve değişmelerini yorumlamaktır. Yani maddeler arasındaki etkileşimin türünü ve gerekçesini yorumlayabilmek için, kimyanın temel kavramlarının bilinmesi şarttır. SI Temel Birimler Türemiş SI birimleri Fiziksel Büyüklük Birim ismi Kısaltma Kütle Kilogram kg Uzunluk meter m Zaman saniye s Sıcaklık Kelvin K Elektrik akımı amper A Madde miktarı mol mol Işık şiddeti kandil cd Büyüklük Büyüklüğün tanımı SI birimi Alan Uzunluğun karesi m 2 Hacim Uzunluğu kübü m 3 Yoğunluk Birim hacmin kütlesi kg/m 3 Hız Birim zamanda alınan yol m/s İvme Birim zamanda değişen hız m/s 2 Kuvvet Kütle x ivme kg * m/s 2 ( =newton, N) Basınç Birim alandaki kuvvet kg/(ms 2 ) ( = pascal, Pa) Enerji Kuvvet x katedilen yol kg * m 2 /s 2 ( = joule, J) 3

4 Sık Kullanılan SI-İngiliz Birimleri Büyüklük SI Birimi SI Denkliği İngiliz Denkliği Ölçme aletine bağlı bir ölçümde anlamlı rakamlar Uzunluk 1 kilometre (km) 1000 (10 3 ) metre 0.62 mil (mi) 1 metre (m) 100 (10 2 ) santimetre yard (yd) 1000 (10 3 ) millimetre inç (in) 1 santimetre (cm) 0.01 (10-2 ) metre inç Hacim 1 metreküp (m 3 ) 1,000,000 (10 6 ) santimetreküp 35.2 feetküp (ft 3 ) 1 desimetreküp (dm 3 ) 1000 santimetreküp galon (gal) 1 santimetreküp(cm 3 ) dm sıvı ons Kütle 1 kilogram (kg) 1000 gram 2,205 pound (lb) 1 gram (g) 1000 milligram ons (oz) Sıcaklık Birimleri Dönüşümü Sıcaklık Fahrenheit ( F) Rankin ( R) Celcius ( C) Kelvin ( K) (t) F 1 (t R) 459,69 1,8.(t C) ,8.(t K 273)+32 R (t F) + 459,69 1 1,8.(t C) +491,69 1,8.(t K) C (t F 32).5/9 5/9(t R) (t K) 273 K (t F 32).5/ /9.(t R) (t C) İlk Buluşlar lar Kütlenin Korunumu Kanunu Kütlenin Korunumu Kanunu - Lavoisier 1774 Sabit Oranlar Yasası - Proust 1799 Atom Kuramı - Dalton ( ) Katlı Oranlar Kanunu Kimyasal bir Tepkimeden çıkan ürünlerin kütleleri k toplamı tepkimeye giren maddelerin kütleleri k toplamına eşittir. e elektrol troliz 2 H 2 O (s)( 2 H 2 (g) + O 2 (g) g 11.2 g 88.8 g Cu (k)( ) + S (k)( CuS (k) Δ g g g 4

5 Sabit Oranlar Yasası Bir bileşiğin bütün örnekleri aynı bileşime sahiptir. Bileşenler kütlece sabit bir oranda birleşirler. Na (k)( ) + Cl 2 (g) NaCl (k) 39.3 g 60.7 g g 23.0 g 35.5 g 58.5 g 39.3 g = 60.7 g 35.5 g = Eğer iki element birden fazla bileşik oluşturursa, bu elementlerin herhangi birinin sabit oranıyla birleşen diğer elementin kütleleri arasında küçük tamsayılarla ifade edilebilen bir oran vardır. H 2 O 2 H 2 O CO 2 CO Katlı oranlar yasası H O O/H 11.2 g 178 g g 88.8 g 7.93 C O O/C 42.9 g 114 g g 57.1 g 1.33 = 2 = 2 Maddenin Değişimleri Örnekler Maddenin Değişimleri Fiziksel Değişim Kimyasal Değişim a) Fiziksel Değişim : Fiziksel değişimlerde maddenin yapısında köklü kalıcı değişiklikler olmaz. En fazla görünüşü değişir. Bazende madde görünmez olur. Ancak eski koşullara geri döndürüldüğünde madde aynı görünüşüne kavuşur. Bir buz kalıbını açıkta bir süre bekletirseniz erir ve suya dönüşür, suyu yeterince soğutursanız buz parçası eski görünümüyle elde edilir. Suyu soğutmak verine ısıtırsak su göremeyeceğimiz madde olan buhar haline dönüşür. Örneğin : Buzun erimesi, şekerin suda çözünmesi. Suyun kaynaması Kağıdın katlanması Camın kırılması Tuzlu su Yağmurun yağması Yumurtanın kırılması Maddenin Değişimleri Örnekler Maddenin Değişimleri Fiziksel Değişim Kimyasal Değişim b) Kimyasal Değişim : Kimyasal değişimlerde maddenin yapısında köklü kalıcı değişmeler meydana gelir. Doğadaki en temel kimyasal değişimlerden birisi yanmadır. Örneğin ağacın yanmasından sonra sonra ağacın yeniden oluşmasına imkan yoktur. Her kimyasal değişimde geriye dönüş böylesine imkansız değildir. Ancak hiçbir zaman suyu buza, buzu suya dönüştürmek kadar da basit değildir. Örneğin : Kömürün yanması, demirin paslanması Dinamitin patlaması Mumun yanması Kibritin yanması Demirin paslanması Yumurtanın pişirilmesi 5

6 Fiziksel ve Kimyasal Değişim Aşağıdaki olaylardan hangisi ya da hangileri kimyasaldır? I. Mumun yanması II. Sütün ekşimesi III. Demirin paslanması Cevap : Hepsi Günlük hayatta karşılaştığımız aşağıdaki olaylardan hangisinde kimyasal değişme olur? a) Gökyüzünün renginin güneş batımında maviden kızıla dönmesi b) Deniz suyunun buharlaşması ve tekrar yağmur olarak yağması c) Bitkilerden özümleme ile aldıkları karbondioksiti solunum ve yanma ile geri vermesi d) Elektrik tellerinin yaz aylarında esneyip kış aylarında gerginleşmesi Cevap C Aşağıdakilerin hangisi kimyasal değişmeye bir örnektir? a) Platin bir telin alevde ısıtılıp soğutulması b) Buzun su ve buhar haline gelmesi c) Kükürt çubuğunun dövülerek öğütülmesi d) Gümüşün kirli havada zamanla kararması Cevap D Aşağıdakilerden hangisi kimyasal bir olay DEĞİLDİR? a) Ekmeğin küflenmesi. b) Üzüm suyundan şarap yapılması. c) Karbon monoksit ile zehirlenme. d) Sütten tereyağı elde edilmesi. Aşağıdakilerden hangisi bir kimyasal değişimdir. a) Sütten yağ çıkarmak b) Yollara tuz dökerek buzlanmayı önlemek c) Baraj suyunu arıtarak içme suyu haline getirmek d) Demirin paslanmasını önlemek için boya ile kaplamak e) Ağaçtan sandalye yapmak Cevap D Cevap C 6

7 Maddenin Özellikleri a) Fiziksel Özellikler : Fiziksel olaylarla ilgili özelliklerdir. Bu özelliklerin incelenmesi ya da ölçülmesi sırasında, maddenin yapısında köklü ve kalıcı değişiklikler olmaz. Örnek : Maddenin rengi, kokusu, tadı, çözünürlüğü, sertliği, hacmi, ısı ve elektrik iletkenliği, katı, sıvı, gaz hâlleri, erime noktası, kaynama noktası fiziksel özelliklerdir. b) Kimyasal Özellikler : Kimyasal olaylarla ilgili olan özelliklerdir. Bir maddenin başka madde ile etkileşmesi veya etkileşmemesi, onun kimyasal yapısı ile ilgili özelliklerdendir. Örnek : Yanıcı olup olmaması, asidik ya da bazik olması, suyla reaksiyona girip girmemesi kimyasal özelliklerdendir. Aşağıdakilerden hangisi ya da hangileri, karbonun allotropu olan grafitin kimyasal özelliğidir? I. Kırılgandır II. Elektriği iletir III.Yanar Cevap Yanar Maddenin Ayırt Edici Özellikleri Maddenin ortak özellikleri kütle, hacim ve eylemsizlik olmak üzere üç tane ortak özelliği vardır. Ayırt edici özellikleri İki maddenin aynı ya da farklı maddeden mi yapıldığını anlamak için birtakım özellikleri araştırmak gerekir. Bunlar maddenin ayırt edici özellikleridir. Maddenin ayırt edici özellikleri şekle, biçime ve miktara bağlı olmayıp, maddenin cinsine bağlıdır. Renk, koku, tat Donma noktası Özgül kütle Kaynama noktası Çözünürlük Erime noktası Genleşme katsayısı Mıknatıslanma Esneklik katsayısı Uzama katsayısı Kırılma indisi Yukarıdaki özelliklerin yanı sıra tüm kimyasal özellikler de ayırt edici özelliklerdir. Özkütle Ayırt edici özellik Maddenin Fiziksel Hali Katı Sıvı Gaz Özkütle Erime noktası + Donma noktası + Kaynama noktası + Yoğunlaşma noktası + Çözünürlük Sıcaklıkla genleşme + + Esneklik + 7

8 Erime ve Kaynama Noktası Aşağıdakilerden hangisi GAZLAR için ayırt edici bir özellik DEĞİLDİR? a) Esneklik b) Çözünürlük c) Özgül kütle d) Yoğunlaşma Noktası Cevap a Esneklik Karışımların Ayrılması I. Sarı renklidir II. Yarıçapı 1 cm dir III. Özkütlesi 19,3 g/cm 3 tür Yukarıdakilerden hangisi ya da hangileri, bir metal bilyenin yapıldığı metali tanımak amacıyla tek başına ayırt edici özellik olarak kullanılabilir? a) Yalnız I b) Yalnız II c) I ve III d) I, II ve III Cevap C Karışık olarak bulunan çeşitli maddeleri ayırmak için bazı ayırt edici özelliklerin farklı olmasından yaralanılır. Katı-katı karışımlar Sıvı-sıvı karışımlar Sıvı-katı karışımlar Gaz-gaz karışımlar Katı-katı karışımları Karışık halde bulunan iki katıyı ayırmak için aşağıdaki özelliklerden faydalanılır : Özgül kütlelerinin farklı olmasından Çözünürlüklerinin farklı olmasından Erime noktalarının farklı olmasından Mıknatıslanma özelliklerinin farklı olmasında Özgül l kütle k farkı Karışık halde bulunan özgül kütleleri farklı iki katıyı birbirinden ayırmak için kullanılır. Bu amaçla uygun bir sıvı seçilir. Bu sıvı ayıracağımız katıları çözmemelidir. Özgül kütlesi, ayıracağımız katıların özgül kütlelerinin birinden büyük, diğerinden küçük olmalıdır. Çözünürl rlük k farkı Karışık halde bulunan katı maddeler en çok bir sıvıdaki çözünürlüklerinin farklı olmasından yararlanılarak ayrılır. Kullanılacak sıvı katılardan birini çözmeli diğerini çözmemelidir. Daha sonra karışım süzülerek diğer katı ayrılır. 8

9 Erime noktası farkı İki katıyı ayırmak için oldukça ender ve özel durumlarda kullanılır. İki katının erime noktaları epeyce farklı olmalıdır. Ayrıca önce eriyen, sıvı hale geçtikten sonra diğer katıyı çözmemelidir. Mıknatıslanma özelliği Demir, kobalt, nikel gibi mıknatıslanma özelliğine sahip bir metal, bir başka katıyla karışmışsa, bunları ayırmak için izlenecek en kolay yol mıknatıs kullanmaktır. Demir tozu ve yemek tuzundan oluşan bir karışımı bileşenlerine ayırmak için, aşağıdaki özelliklerinin hangisi ya da hangilerinin farklı olmasından yararlanılabilir? I. Özkütle II. Sudaki çözünürlük III. Mıknatıslanma Cevap Hepsi Distilasyon Düzeneği Sıvı-sıvı karışımları Sıvı-sıvı karışımların ayrıştırılmasında kullanılacak ayırma yöntemi karışımı oluşturan iki sıvının karışıp karışmıyor olmasına bağlı olarak değişiklik gösterir. İki sıvı karışmıyor İki sıvı karışıyor KN (ºC) X 180 Y 110 Z 90 T 100 Yukarıda kaynama noktaları verilen sıvılardan hangi ikisinin karışımı, ayrımsal damıtma işlemi ile en kolay ayrılır? Sıvı-katı karışı ışımları Sıvı katıyı çözüyor Sıvıya verilen öneme göre buharlaştırma ya da damıtma işlemi uygulanır. Örneğin sıvı su ise buharlaştırma uygundur. Ancak sıvı değerli ise damıtıp yeniden elde etmek uygundur. Cevap X-Z 9

10 Sıvı katıyı çözm zmüyor Sıvının özgül kütlesi katınınkinden daha büyükse, katı sıvının üzerinde toplanır. Katı kaşıkla toplanarak ya da süzülerek ayrılır. Katının özgül kütlesi sıvınınkinden daha büyükse katı sıvının dibinde toplanır.aktarma ya da süzme işlemiyle sıvıkatı birbirinden ayrılır. Gaz-gaz karışımları Gazlardan oluşan bir karışımı ayırmak için en temel yöntemde, karışım bütün gazların yoğunlaşacağı yani sıvı hale geçeceği sıcaklığa kadar soğutulur. Elde edilen sıvı-sıvı karışımı ayrımsal damıtma ile birbirinden ayrılır. Maddelerin Sınıflandırılması Karışım : Bir madde fiziksel olaylara dayalı ayırma yöntemlerinin herhangi biriyle farklı maddelere ayrılabiliyorsa karışımdır. Homojen karışım Heterojen karışım Arı madde : Bir madde fiziksel olaylara dayalı ayırma yöntemlerinin hiçbirisiyle farklı maddelere ayrılamıyorsa arı maddedir. Bileşikler Elementler 10

11 Adlandırma 1) Hidrojen 2) Helyum 3) Lityum 4) Berilyum 5) Bor 6) Karbon 7) Azot H He Li Be B C N 8) Oksijen 9) Flor 10)Neon 11) Magnezyum 12)Aluminyum 13)Silisyum 14)Fosfor O F Ne Mg Al Si P Çokatomlu iyonlar (-1) H 2 PO 4 DiHidrojen fosfat C 2 H 3 O 2 Asetat HSO 3 Hidrojen Sülfit HCO 3 Hidrojen Karbonat NO 2 Nitrit NO 3 Nitrat CN Siyanid OH Hidroksid MnO 4 Permanganat ClO Hipoklorit ClO 2 Klorit ClO 3 Klorat ClO 4 Perklorat Çokatomlu iyonlar (-2) HPO 4 Hidrojen Fosfat C 2 O 4 Okzalat SO 3 Sülfit SO 4 Sülfat CO 3 Karbonat CrO 4 Kromat Cr 2 O 7 Dikromat SiO 3 Silikat Bileşiklerin Adlandırılması Eğer iki aynı element birleşirse ismi değişmez 1) H 2 4) F 2 2) N 2 5) Cl 2 3) O 2 6) Br 2 Ametal-Oksijen Bileşikleri Metal-Oksijen Bileşikleri Ametal-Ametal Bileşikleri Metal-Ametal Bileşikleri Asitlerin Adlandırılması Kökler 11

12 Ametal-Oksijen Bileşikleri Metal-Oksijen Bileşikleri Ametal-Ametal Bileşikleri Metal-Ametal Bileşikleri Asitlerin Adlandırılması Köklerin Adlandırılması 12

13 Kovalent formül H 2 O Su CO 2 Karbon dioksit NH 3 Amonyak H 2 O 2 N 2 Hidrojen Oksijen Nitrojen Azot SO 2 Sülfür dioksit İyonik formül NaCl Sodyum klorit MgO Magnezyum oksit HCl Hidroklorik asit H 2 SO 4 Sülfirik asit HNO 3 Nitrik asit NaOH Sodyum hidroksit Ca(OH) 2 Kalsiyum hidroksit CaCO 3 Kalsiyum karbonat Al 2 O 3 Aluminyum oksit Fe 2 O 3 Demir oksit Bileşik ve Karışımların Farkları Elementler Bileşimi bilinmeyen sıvı bir maddenin, yapılan incelemeler sonucu şu özellikleri belirlenmiştir ; Homojendir ve sabit sıcaklıkta kaynar Hiçbir fiziksel metodla kendinden basit maddelere ayrışamaz Elektroliz edildiğinde anot ve katotda iki ayrı gaz oluşur a) Karışım b) Çözelti c) Element d) Bileşik Co ve CO maddeleri ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur? a) Her ikisi de bileşiktir b) Her ikisi de elementtir c) Co bir element, CO ise bileşiktir d) Co ve CO birbirinin izotopudur Cevap d Bileşik Cevap C 13