Prof. d-r Slobotka Aleksovska. Sekiz y ll k ilkö retimde VIII ci s n ar için

Transkript

1 Prof. d-r Slobotka Aleksovska K MYA Sekiz y ll k ilkö retimde VIII ci s n ar için

2 Düzenleyen: Prof. D-r Blagoya Yordanoski Aya Kiril ve Metodiy Üniversitesi Matematik Fakültesi, Kimya Enstütüsünde profösör Arif Recepi Üsküp 25 May s ÖO unda kimya ve zik ö retmeni Lilyana Antonovska Üsküp Lyuben Lape ÖO Bioloji-kimya profesörü Lektör: Stanka Damyanovska Makedonca dan Türkçe ye çeviri: Ayca Selman Dil redaksiyonu: Dr. Fatima Hocin Lektör: Feyhan Ru id Bilgisayar tasar m : Yazar Düzelten: Yazar Yay nc : Makedonya Cumhuriyeti E itim ve bilim bakanl Bask : Üsküp Dooel Gra k merkezi Tiraj: 700 Makedonya Cumhuriyeti E itim ve bilim bakanl n n tarihli /1 say l karar yla bu k tab n kullan lmas na izin verilmi tir. CIP -., :54(075.2)=163.3, VIII- /. - :, :. ; 26 ISBN COBISS.MK-ID

3 ÖNSÖZ Bu ders kitab ilkokul e itiminde sekizinci s n f ö rencileri için tasarlanm t r. Bu kitap kabul edilen, e itim plan ve pro ram na uygun ve ilkokul ile lise e itiminde kitap yazma konseptine uygun bir ekilde haz rlanm t r. Bu kitapta yer alan konular, e itim pro ram na göre yedinci s n f malzemesinin mant ken devam d r. Öyle ki, ilk iki konu genel kimya alan ndan ( yükseltgenme indirgeme süreçleri ve kimyasal hesaplamalar n esaslar ), üçüncü konu norganik kimya alan ndan ( metaller ve ametaller), geri kalan üç bölüm ise organik kimya alan ndand r ( organik kimyaya giri ve hidrokarbonlar, oksijenli organik bile ikler ve önemli biyolojik bile ikler). Konudaki içeriklerin ilgi çekebilmesi için, her konu, k sa ve ilginç metin ile ba lamaktad r. Bu ders kitab nda e itim birimleri d - nda soru ve ödevler, küçük hat rlat c, ek bilgiler, iki test ve terminoloji sözlü ü verilmi tir. E itim birimleri, genel metinden ba ka çok say da resim, tabela, deneyler ve çözümlü ödevler içerir. Tüm bunlar asl nda ö rencilerin, bilimi daha iyi anlamalar ve ö renmeleri içindir. Deneyler, bizim küçük laboratuvar m z ba l alt nda ve ders esnas nda gerçekle tirilmesi amaçl belirli e itim birimlerinde yer almaktad r. Daha basit olan deneyleri ö renciler yaparken, daha bile ik olanlar da ö retmen yapmal d r. Onlardan hangisinin ve ne kadar derste gerçekle ir, ö retmene ve okulun artlar na ba l d r. En önemlisi ö rencilerin, kimyay ö renmek için en önemli metodik-didaktik arac n deney oldu unu anlamalar d r. Bundan ba ka, ö rencilerde ara t rmac ruhu uyand rmak için deneylerin önemi büyüktür. Çözülmü ödevlerde de, çözülmenin ak ve metodolojisi, dü- ünce ve bilgilerin ba lanmas verilmi tir. Dolay s yla ö renciler,hem malzemeyi ö renecek hem de ö renmenin yollar n ö renip asl nda ö renilen bilgileri hangi ekilde kullanabileceklerini dü ünmeye ba layacaklard r. Metinin baz yerlerinde, metinle ilgili baz ek bilgiler yaz lm t r. Bu bilgilerin amac ö rencileri kimyaya yakla t rmak, yeni bilgiler edinmek için onlarda ilgi uyand rmakt r.ö renci onlar sadece okumal d r. Her konunun sonunda küçük hat rlat c bulunmakta ve ö rencilerin belirli konulardan ö renmesi gereken en önemli bilgiler de bu bölümde yer almaktad r. 3

4 Malzemenin sonunda bilgiyi denetlemek için iki test vard r. Testteki sorular n daha büyük bölümü bilginin reproduksiyonu de- il, asl nda ö renmeyi ve ö renilen bilgilerin belirli durumlarda kullan m n gerçekle tirir. Bu ders kitab, terimlerin aç kland terminoloji sözlü ü ile tamamlanmaktad r. Sayg de er ö renci, ümit ederim ki bu kitap kimya alan nda yeni bilgiler edinmenin yan s ra sende bilime kar ilgi uyand r p ara t rma yapmana motive edecektir. Bu ders kitab n kullan rken, u web sayfas n ziyaret et Her tür sorular ve kimya ile ilgili tart malar için, u adresleri kullan: bote@pmf.ukim.mk ve bote.aleksovska@gmail.com Hay rl ve ba ar l çal malar dilerim! MÜELL FLER 4

5 YÜKSELTGENME- ND ND RGENME SÜREÇLER Biliyor musun ki... I. Modern tekni in ve teknolojinin geli iminde, kimyasal tepkimeler ve elektrisite aras ndaki ba l l gösteren bilgiler en önemli bilgilerdir. Farkl yap tlarda kulland m z piller, otomobillerdeki aküler, çok say da metal ve ametallerin endüstride elde edilmesi, canl organizmalardaki ço u kimyasal süreçler ayn çe it kimyasal tepkimelere dayan r-elektronlar n yer de i tirme tepkimeleri. Kavramlar Oksidasyon ( yükseltgenme ) ndirgenme ( redüksiyon ) Oksidasyon say s Yükseltgenme- ndirgenme tepkimesi (redoks tepkime) Yükseltgen ve ndirgen 5

6 I.1. YÜKSELTGENME VE ND RGENME TEPK MELER Yükseltgenme ve ndirgenme Bildi imiz gibi yanma sürecinde, supstanslar oksijenle ba lan r sonra da oksitlenir. Örne in: Magnezyum havada yanar, havadaki oksijenle ba lan r ve magnezyum oksit ad yla bilinen beyaz toz halindeki bile ik olu ur, kükürdün yanmas yla ise kükürt dioksit gaz elde edilir. 2Mg + O 2 = 2MgO S + O 2 = SO 2 Resim. I.1. Yanan Supstans Oksitlenir Buradan da Oksidasyon sözü türemi tir, elementlerin oksijen elementiyle ba land n ve oksitlerin elde edildi ini gösterir. Fakat, sadece oksijenle ba lanma süreçlerinde de il, hergünkü hayatta olagelen ço u süreçlerde de, endüstride, oksidasyon (yükseltgenme) süreçleri gerçekle ir. Bunlar n ço unda oksijen tepkimeye girmez. Ondan dolay bu süreçlerde neler oldu unu anlamam z önemlidir. Kimyasal tepkimelerde atomlar n grupla t n ve kimyasal ba lar n elektronlar n yer de i tirmesiyle olu tu unu göz önünde bulundurmal y z. Bunu magnezyumun yanmas örne iyle gösterece iz. Resim I.2. Magnezyumun yanmas Magnezyumun yanmas yla, magnezyum oksitlenmi tir deriz. Asl nda bu süreçte bir metal olarak magnezyum elementi kolay elektron verebildi i için, de erlik elektronlar n verir: Mg Mg Elektron verme süreci tüm di er oksidasyon (yükseltgenme) süreçlerinde gerçekle ir. Bundan dolay, diyebiliriz ki oksidasyon, elektron verme sürecidir. Fakat, magnezyum elementinin atomlar n n verdi i elektronlar di er birsupstans n almas gerekiyor, bu örnekteki di er supstans, oksijen elementinin atomlar d r: O O 2-6

7 Bu süreç, elektron verme sürecinin tersi, yani oksidasyonun (yükseltgenmenin) tersidir. Bildi imiz gibi yükseltgenme sürecine ters olan, indirgenme sürecidir. Asl nda tüm indirgenme süreçlerinde elektron alma olay gerçekle ir, onun için, diyebiliriz ki indirgenme (redüksiyon), elektron alma sürecidir. Her yükseltgenme süreci (elektron verme), ayn zamanda tepkimeye kat lan indirgenme süreciyle (elektron alma) gerçekle ir. Bundan dolay bu tür tepkimeler, ortak bir ad ile yükseltgenme-indirgenme tepkimeleri ya da redoks-tepkimeleri olarak adland r l r. Bu tepkimeler esnas nda elektronlar yükseltgenen supstanstan indirgenen supstansa ta n r. Ona göre, yükseltgenme-indirgenme tepkimeleri (redoks tepkimeler)bir supstanstan di er supstansa elektronlar n al p-verilme tepkimeleridir. Elektron veren supstans yükseltgenir ama di er supstans da indirgedi i için ona indirgen denir. Elektron alan supstans ise indirgenir, di er supstans yükseltgedi i için de yükseltgen olarak tan mlan r. Buradan u kan ya varabiliriz ki: Yükseltgenen supstans indirgendir, ndirgenen supstans ise yükseltgendir. Bir supstans ne kadar daha kolay elektron verirse, o kadar daha güçlü indirgendir, fakat ne kadar daha kolay elektron al rsa, o kadar daha güçlü yükseltgendir. E er bir supstans güçlü yükseltgen ise, onun indirgenmi hali daha az güçlü indirgen olur veya tersi olabilir. Metaller, kolay elektron verdikleri için indirgendirler, ametaller ise kolay elektron ald klar için yükseltgendirler. Ametaller aras nda en güçlü yükseltgen uor elementidir. YÜKSELTGENME indirgen yükseltgenmi hali ND RGENME yükseltgen indirgenmi hali Resim I.3. Redoks tepkimesinin ematik gösterili i A supstans, B supstans na elektron verir ve onu indirger, kendisi ise yükseltgenir. 7

8 Magnezyum do rudan, örne in: klor elementiyle de ba lanabilir, böylece magnezyum klorür elde edilir. Mg + Cl 2 = MgCl 2 Bu tepkimede göründü ü gibi, magnezyum yükseltgenir ve indirgen say l r, klor ise indirgenir ve yükseltgen say l r, ametal oldu undan dolay kolay elektron al r. Farkl durumlarda da, metaller ve ametaller aras ndaki tepkimelerden söz edildi inde, hangi supstans n yükseldi ini hangisininde indirgendi ini kolay farkedebiliriz. Di er bir örnek de demirin kükürt ile ba lanmas d r, bu s rada demir (II) sül d elde edilir. Fe + S = FeS Bu tepkimede, demirin her atomu iki elektron verir ve yükseltgenir. Fe Fe Ayn zamanda, kükürtün her atomu iki er elektron al r ve indirgenir. ya da 2 - S S 2- Fe + S Fe 2+ + S 2- Fakat, hangi supstans n yükseltgendi i hangisinin ise indirgendi i tepkimenin denkleminden öyle basit bir ekilde belirlenemez. Bu sorunu kimyagerler oksidasyon say lar kavram yla çözmü ler. Resim I.4. Demir ve Kükürt aras ndaki tepkime yükseltgenme indirgenme tepkimesidir, demir oksitlenir (yükseltgenir) kükürt ise indirgenir. I.2. OKS DASYON SAYILARI Yükseltgenme- ndirgenme tepkimelerinin ö renilmesi için oksidasyon say s n n önemi büyüktür. Reakti erde bulunan baz elementlerin oksidasyon say lar, ürünlerdekinden farkl oldu u takdirde yükseltgenme-indirgenme tepkimesi söz konusudur. lk önce oksidasyon say lar nedir ve onlar nas l belirlenir, görelim. Oksidasyon say s, bir supstans n elementlerinin atomlar na ait olan say d r. Bu say, elementin sembolünün üzerinde arap say s önünde + ya da i areti ile belirlenir. 8

9 Örne in: H 2 SO 4 Sülfürik asidi Mg(OH) 2 Magnezyum hidroksit +3-1 AlBr 3 Aluminyum bromür Oksidasyon say s, sabit olan elementlerin say s az oldu undan dolay onlar bilinmelidirler. Farkl bile iklerde, ço u elementler farkl oksidasyon say lar na sahip olurlar. Böyle durumlarda, o elementlerin atomlar n n oksidasyon say lar n n belirlenebilmesi için baz basit kurallar n bilinmesi gerekir. Elementer durumda olan, supstanslar n atomlar n n oksidasyon say s (örne in: Fe, Cl 2, O 2, Cu, Na, H 2 v.b.) her zaman s f rd r. Bile iklerde her zaman oksijen atomunun oksidasyon say s -2 dir. (istisna durumlar da var onu ileride ö reneceksin). Bile iklerde, hidrojen atomlar n n oksidasyon say s her zaman +1 dir. (tipik metallerle olu turdu u bile ikler, istisnad r). IA grubundaki elementlerin atomlar n n (alkali metaller), tüm bile iklerde oksidasyon say s her zaman +1 dir, IIA grubundaki elementlerin say s ise her zaman +2 dir. Flüor elementinin atomlar n n, tüm bile iklerde oksidasyon say s -1 dir. Bile ikte, tüm atomlar n oksidasyon say lar n n toplam her zaman s f r olmal d r. ki veya fazla elementten olu an bile ikte, sayd m z kurallar kullanarak bile ikteki elementlerin oksidasyon say s n n nas l belirlenebilece ini örneklerle gösterelim. Örnek 1. iki elementten olu an bile ik Demir (III) oksitte Fe 2 O 3, demirin oksidasyon say s n belirle: Bilinenler : Oksijenin oksidasyon say s -2 dir. Formülde oksijenin endeksi 3 tür. Formülde demirin endeksi 2 dir. Aranan: Demirin oksidasyon say s. Bile ikte, oksidasyon say lar n n toplam s f r olmal d r. Demek oluyor ki, iki elementten olu an her bile ikte bir elementin atomunun oksidasyon say s ile endeksin çarp m, di er elementin atomunun oksidasyon say s ile endeksin çarp m na e it olmal d r, fakat ters i aretle. Çözüm : x (-2) = 0 x = +3 Cevap : Bu bile ikte demirin atomlar n n oksidasyon say s +3 tür. 9

10 Örnek 2. Daha çok elementten olu an bile ik H 3 PO 4, fosforik asidinde fosforun oksidasyon say s n belirle: Bilinenler : Aranan: Oksijen oksidasyon say s -2 dir. Fosforun oksidasyon say s. Hidrojenin oksidasyon say s +1 dir. Formülde, hidrojenin endeksi 3 tür. Fosforun endeksi 1 dir. Oksijenin endeksi 4 tür. Bile ikte, oksidasyon say lar n n toplam s f r olmal d r Çözüm: +1 x -2 3 (+1) + 1 ( )+4 (-2) = 0 =+5 H 3 PO 4 Cevap: Fosforik, fosforun oksidasyon say s +5 tir. Kimyasal denklemlerle, farkl kimyasal tepkimeleri gösteririz. Bir kimyasal denklemle, redoks-sürecin gösterilip gösterilmedi ini ö renmek istersek, tepkimeye kat lanlar n oksidasyon say lar n belirlemeliyiz. E er elementlerin baz lar n n oksidasyon say lar nda de i me varsa o denklem redoks-sürecini gösterir. u denklemlerde* olu an oksidasyon say s de i melerine göz atal m: Mg + O 2 MgO S + O 2 SO Mg + Cl 2 MgCl Fe + S FeS Görüldü ü gibi denklemlerin herbirinde, elemetlerin oksidasyon say lar nda de- i meler olu mu tur. Buradan da gerçekten yükseltgenme-indirgenme tepkimeleri söz konusu oldu u kanaatine varabiliriz. Bundan ba ka, yükseltgenen elementin oksidasyon say s n n artt görülür. Örne in:magnezyum ve demir elementlerinin oksidasyon say s 0 dan +2 ye de i mi tir, kükürt ise 0 dan +4 e. Tüm di er yükseltgenme tepkimelerinde de ayn durum oldu undan rahatl kla yükseltgenen elementin, oksidasyon say s artar diyebiliriz. *Dikkat et, tepkimelerin denklemleri e itle tirilmemi tir. 10

11 EK B LG : OKS DASYON SAYISI VE DE ERL K (VALANS) Geçen y l de erli in (valans n) asl nda ba ka bir atomun ne kadar hidrojen atomu ba layabilece i veya de i tirebilece ini belirleyen say olarak tan mlam t k. Kimyasal ba lar ö rendi imize göre, de erli in (valans n), asl nda bir elementin, atomlar n n olu turabilece i kovalent ba lar n say s oldu unu söyleyebiliriz. Yap sal formüllerde küçük çizgilerle belirlenirler. Ondan dolay iyonik bile iklerin yap sal formülleri yaz lmaz. yonik bile iklerin oksidasyon say s, iyonun yüküne e ittir. E er bile ik kovalent ise, elektron çiftinin hangi atoma daha yak n oldu una dayanarak elementin oksidasyon say s pozitiv ya da negativ de ere sahip olacakt r. Bilmeliyiz ki, DE ERL K ve OKS DASYON SAYISI iki FARKLI eylerdir. De erlik roma rakam yla belirlenir ve her zaman pozitivdir, oksidasyon say s ise arap say lar yla belirlenir ve + ya da ön ek ile belirlenir. Örne in, e er oksijen (O 2 ) elementer durumdaysa de erli i 2 dir. ( O=O), fakat oksidasyon say s 0 d r. Örnek 3. Verilen denklemler, (oksidasyon-redüksiyon), yükseltgenme-indirgenme sürecini mi gösterir, aç kla. (denklemler e itle tirilmemi tir). ) NaOH > Na 2 S b) FeCI > FeCI HCI Çözüm: Verilen denklemlerin, yükseltgenme-indirgenme sürecine ait olup olmad - n belirlemek için, tüm elementlerin oksidasyon say lar n belirlememiz gerekmektedir ki hangi elementlerin oksidasyon say lar nda de i me oldu unu görebilelim. ) NaOH + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 O b) FeCl 3 + H 2 S FeCl 2 + S + HCl a) kk ndaki denklemde hiçbir elementin oksidasyon say s nda de i me olmam t r, böylece bu denklem oksidasyon redüksiyon sürecini temsil etmez. b) kk ndaki denklemde ise demirin oksidasyon say s +3 ten +2 ye de i ir, kükürtün ise -2 den 0 a de i ir. Buna göre, bu denklem oksidasyon redüksiyon sürecini temsil eder. 11

12 Örnek 4. Redoks tepkimesinin denklemi verilmi tir: NaNO 3 + Pb > NaNO 2 + PbO ) Hangi element yükseltgenmi, hangisi ise indirgenmi tir, belirle. b) Hangisi yükseltgen, hangisi ise indirgendir? Çözüm: Öncelikle tüm elementlerin oksidasyon say lar n belirlemeliyiz Na N O 3 + Pb Na N O 2 + Pb O ) Gördü ümüz gibi, azotun oksidasyon say s +5 ten +3 e azalm t r, demek ki indirgenmi tir. Kur unun ise oksidasyon say s 0 dan +2 ye artm t r, demek ki yükseltgenmi. b) Sodyum nitrattaki azot indirgenmi tir, ondan dolay sodyum nitrat, yükseltgendir deriz (kur unu yükseltgemi!). Öbür yandan, kur un yükseltgendi inden dolay indirgendir, deriz. Bu denklem de e itle tirilmemi tir. I.3. K M DAHA ÖNEML YÜKSELTGENME ND RGENME SÜREÇLER Metallerin, kolay elektron verdiklerinden dolay indirgen olduklar n söylemi tik. Metallerin ço u, asitlerle tepkimeye girdi inde hidrojen serbest edilir. Demek oluyor ki, asitteki hidrojeni indirgerler. Örne in, e er çinko parças n HCl eriyi ine koyarsak, serbest edilen hidrojenden kabarc klar olu acakt r. Baz metaller (sodyum, potasyum v.b. gibi ), hidrojeni sudan bile serbest edebilirler. Fakat, metaller farkl asitlerle olu turduklar tepkimelerde farkl davran rlar. Baz metaller asitlerle tepkime s ras nda hidrojeni serbest ederler. Baz metaller ise asitlerle tepkimeye girmez ya da girer ama sonradan hidrojeni serbest etmez. Metallerin, asitler ile tepkimelerindeki farkl davran lar n n sebebi, baz metallerin elementer hidrojenden daha kolay elektron verebilmesi, baz metallerin ise daha zor verebilmesi olay ile aç klan r. Resim 1.5. Kimi metaller, asitlerle Tepkimeye girer ve hidrojeni serbest eder, baz metaller ise tepkimeye girmez 12

13 Hidrojenden daha kolay elektron veren metaller (ondan daha güçlü indirgen olanlar) asitlerle tepkimeye girerler ve bu s rada elementer hidrojen ayr r. Buna ters olarak, hidrojenin daha zor yükseltgedi i metaller (ondan daha zay f indirgenler) asitlerden, hidrojen serbest etmezler. Mesela bak r, gümü, alt n, platin v.b. ndirgeme özelli ine göre metaller, metallerin elektrokimya dizisi denilen dizide s ralanm t r Elektron verme özelli i azal r...k Ca Na Al Zn Fe Cd Ni Pb H Cu Ag Hg Au... Elektrokimya dizisinde hidrojenden önce yer alan metaller, asitlerden hidrojen serbest edebilirler. Ok i aretinin gösterdi i yöne do ru bu özellik artar. Elektrokimya dizisinde hidrojenden sonra yer alan metaller, asitlerden hidrojen serbestle tirmezler. Metaller, di er tuzlar n su eriyikleriyle de tepkimeye girer. Elementer durumda olan metal e er tuzun yap s ndaki metalden daha kolay elektron verirse o zaman bu tepkimeler mümkündür. Fakat ters tepkime imkans zd r. Resim I.6. Bak r (II) sulfat eriyi ine, çinko levhas konulursa, eriyikteki bak r iyonlar, çinko levhas na çökelecektir. Redoks süreçlerinde elektron al p-verilmesi oldu undan dolay, redoks-süreçleri elektrik ak m ile ba lanabilirler. Bundan dolay bu tepkimeler pratikte çok kullan l d rlar. E er bir redoks-süreçte elektron al veri inde bulunan metaller, metal bir telle ba lan rsa ve ayn lar kendi tuz eriyiklerine bat r l rsa, tek yönlü ak m n elde edilmesi için ayg tlar olu ur. Bu tip ayg tlar, hergünkü ya am m zda bildi imiz piller ve akülerdir. Demek ki, redoks tepkimelerini, tekyönlü ak m elde etmek için kullanabiliiz Resim I.7. Farkl çe it piller. Bundan mada, redoks tepkimelerle çok say da metaller ve ametaller elde edilir. Bu süreçlerde, elektrik ak m n n etkisiyle, erimi supstans n ayr m olur. 13

14 Supstans n ayr mas ndan olu an ürünler, elektrotlara, yükseltgenir ve indirgenir. Demek ki, supstanslar n elektrik ak m etkisiyle, ayr mas olay na, elektroliz süreci denir, bu s rada oksidasyon redüksiyon tepkimeleri gerçekle ir. Hidrojen Katot Oksijen Anod Ne yaz k ki, oksidasyon-redüksiyon tepkimeleri, teknolojik alan nda zararl olan baz süreçlerde de meydana gelir. Bu süreç, metallerin paslanmas d r. Metal nesnelerin yüzeyleri, paslanmaktan korunmak için kimi metallerle örne in: bak r, nikel,krom, alt n, gümü v.b. ile kaplan r.buna galvanizasyon, denir, galvanizasyon da elektrolize dayan r, elektrolizin de oksidasyon-redüksiyon tepkimelerine dayand - n söylemi tik. Pil Resim 1.8. Suyun Elektrolizi öyle denilen Hofman makinesi ile gerçekle ir. NE Ö REND N? 1. Verilen bile iklerdeki, elementlerin, atomlar n n oksidasyon say lar n belirle : HCl, NO 2, SiO 2, H 3 PO 3 KOH, NaI. 2. Verilen oksidasyon say s de i melerinden hangisi yükseltgenme hangisi ise indirgenmeyi tan mlar? ) -3 ten -5 b) -2 den +4 e c) 0 dan -4 e d) +2 den -4 e 3. Baz tepkimede klor elementinin oksidasyon say s +5 ten -1 e de i mi tir. a) Klor atomu elektron alm m d r, vermi midir? b) Klor yükseltgenmi midir, indirgenmi midir? 4. u denklemlerle gösterilen tepkimelerde, hangi supstans indirgen hangisi ise yükseltgendir? (Denklemler e itle tirilmemi tir!) ) Zn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + H 2 b) FeCl 3 + H 2 S FeCl 2 + S + HCl c) CdS + I 2 + HCl CdCl 2 + HI + S 5. Geli ebilen tepkimeler, hangi denklemlerle sunulmu tur? ) Cu + CaCl 2 Ca + CuCl 2 b) Ag + NaNO 3 Na + AgNO 3 c) Mg + Hg(NO 3 ) 2 Mg(NO 3 ) 2 + Hg d) 2Au + 6HCI 2AuCl 3 + 3H 2 ARA TIR! Senin kolye ya da yüzü ünün gerçekten gümü olup olmad n kontrol et! - Hipotez kur, plan yap, deneyi haz rla, deneyi yap ve sonuç ç kar. 14

15 KÜÇÜK HATIRLATICI Yükseltgenme, elektron verme sürecidir. ndirgenme, elektron alma sürecidir. Yükseltgenme- ndirgenme (redoks-tepkimeler) tepkimeleri, bir supstanstan ba ka susptansa, elektronlar n al -veri i ile gerçekle en tepkimelerdir. Oksidasyon say s, bir elementin atomuna ait pozitiv veya negativ olan say d r, elementin sembolünün üzerinde arap say s önünde + ya da i areti ile belirlenir. Yükseltgenme- ndirgenme tepkimelerinde, yükseltgenen elementin atomlar n n oksidasyon say lar n n de erleri artarken, indirgenen elementin atomlar n n oksidasyon say lar n n de eri azal r. Yükseltgen, kendi indirgendi i için, di er supstans ise yükseltgedi i için, yükseltgen diye tan mlar. ndirgen, tepkimeye girdi i supstans indirgedi i için, kendi yükseltgendi i için, indirgen diye tan mlar. Elektrokimya dizisinde, hidrojenden önce bulunan metaller, asitlerle tepkimeye girer ve hidrojen serbestle ir. Elektrokimya dizisinde bulunan her metal,dizide ondan önce bulunan metalin tuzlar n n su eriyikleriyle tepkimeye girer ve onu elementer olarak ayr t r r. Redoks tepkimelerini, tekyönlü ak m n, pil, akü gibi ayg tlarda elde edilmesi için kullanabiliriz. Elektroliz supstanslar n elektrik ak m etkisiyle, ayr ma sürecidir. Bu süreç esnas nda oksidasyon-redüksiyon tepkimeleri gerçekle ir. 15

16 II. KiMYASAL HESAPLAMA ESASLARI Biliyor musun ki... Kimyasal tepkimelere kat lan supstanslar n ölçülmesinin ba lamas yla kimya gerçek bilime ula m t r. Matematiksel hesaplamalar sayesinde zamanla supstanslar aras nda farkl kvantativ oranlar kurulmaya ba lam t r. Kimyan n bu bölümüne STOK YOMETR ya da kimyasal hesaplama denir. Bu konuda kimyasal hesaplama esaslar yla tan aca z. Kavramlar Supstans miktar ve mol Avogadro sabitesi (say s ) Mol kütlesi Kütle pay 1 Miktar orant s (stokiyometri) kat say s 16

17 Büyüklük denklemleri II.1. F Z KSEL BÜYÜKLÜKLER VE ONLARIN ÖLÇÜ B R MLER Bildi imiz gibi kimya eksperimental (deneysel) bilimdir. Deneyleri yapma s ras nda gözlemliyoruz, ölçüyoruz sonra da supstanslar n belirli özellikleri için sonuca var yoruz. Ölçülebilen özelliklere ziksel büyüklükler deriz. Baz büyüklü ün ölçülmesi, asl nda standard olarak al nan büyüklükle k yaslanmas ile olur. Standard olarak al nan büyüklü e de ziksel büyüklük birimi denir. Günümüzde Uluslararas birim sistemi kullan l r(le Systeme International d Unites -k sacas SI). Bu sistemde, yedi büyüklük ve onlar n birimleri yer al r, tüm di er büyüklükler ve onlar n birimleri de bunlardan türetilir. Fiziksel büyüklükler k saca Latin veya Yunan har ariyle belirlenir. Fiziksel büyüklük sembolleri, e ik har erle yaz lmal, ölçü birimi sembolleri ise düz har erle yaz lmal d r. Kimyada en çok kullanaca m z ziksel büyüklükler ve onlar n birimleri u tabelada verilmi tir. b) Resim II.1. Kütleyi teraziyle ölçeriz. Önceden daha tam ölçümler için ö.d. analitik teraziler kullan l rrm. a) onlarla çal mak pek güçmü. Bugün elektron teraziler kullan l r. b) onlar hem daha tam ölçer hem de kullan kolayd r. Tabela II.1. Kimyada kimi daha önemli ziksel büyüklükler ve onlar n birimleri Büyüklük Supstans birimi Kütle Mol kütlesi Büyüklük sembolü Birim Birim sembolü n mol mol m kilogram (temel); gram (daha s k kullan lan) molda gram (en çok kullan lan) kg g g/mol SI d nda kullan labilen birimler Hacim V en çok kullan l r: desimetreküp santimetreküp dm 3 cm 3 L, ml 17

18 Kimi daha büyük ve daha küçük birimler aras nda ba l l k 1 kg = 1000 g 1 L = 1 dm 3 1mL = 1 cm 3 1 L = 1000 ml Kimyasal hesaplamalarda büyüklük denklemleri kullan r z do rusu, supstansa ait olan ziksel büyüklü- ü, say sal de eri ve onun birimi ile yazar z. BÜYÜKLÜK DENKLEM Fiziksel büyüklük m(nacl) = 5 g Fiziksel büyüklü ün birimi II.2. RELAT F ATOM VE RELAT F MOLEKÜL KÜTLES Atomlar çok küçük parçac klar olduklar ndan dolay onlar n kütlesini ölçemeyiz. Fakat, yine de onlar n kütlesi vard r. Atomlar n kütlesini belirlemek için, standard olarak al nan baz elementin atomunun kütlesiyle k yaslama yapar z. Bilimin geli imi süresince k yaslama amac yla çok say da farkl elementlerin atomlar n n kütlesi seçilmi tir. Günümüzde, elementin kütlesi için uni se edilmi birim ya da kütle için atom birimi kabul edilmi tir. Karbon elementinin atomunun kütlesi yard m yla belirlendi i için bu birime daha karbon birimi de denir. Bu büyüklük sayesinde ö.d. relatif atom kütlesi belirlenir. Relatif atom kütlesi, bir atomun kütlesinin, kütle için atom biriminden kaç defa daha büyük oldu unu gösteren say d r. Relatif atom kütlesi A r ile belirlenir ve adland r lmam say d r. Elementlerin relatif atom kütleleri, elementlerin peryodik cetvelinde verilmi tir. Örne in: azotun relatif atom kütlesi 14,007 dir. Demek ki, azot atomunun kütlesi karbon biriminden 14,007 defa daha büyüktür. Atom say s Tabela II.2. Kimi elementlerin r latif atom kütleleri Element Relatif atom kütlesi Hidrojen 1,01 Karbon 12,01 Oksijen 16,00 Magnezyum 24,30 Kükürt 32,06 Klör 35,45 Demir 55,85

19 Relatif atom kütlesine benzer ekilde, moleküller ve formül ö eleri için de relatif molekül kütlesi, M r. vard r. Moleküller atomlardan olu tuklar ndan dolay molekülün kütlesi olu tu u atomlar n kütlelerinin toplam na e it olacakt r. Bir bile i in formülünü tam olarak biliyor ve yap s ndaki elementlerin atomlar n n relatif atom kütlelerini de bilidi imiz takdirde onun relatif molekül formülünü kolayca bulabiliriz Örnek 1. Fosforik asidinin relatif molekül kütlesini hesapla. Çözüm: Fosforik asidinin relatif molekül kütlesini hesaplayabilmek için onun formülünü bilmeliyiz. Formül H 3 PO 4 tür. Formülden de görüldü ü gibi, fosforik asidinin molekülü, üç hidrojen atomundan, bir fosfor atomundan ve dört oksijen atomundan olu mu tur, buna göre, M r (H 3 PO 4 ) = 3 A r (H) + A r (P) + 4 A r (O) Demek ki, hidrojen, oksijen ve fosfor elementlerinin relatif atom kütleleri de gereklidir, onlar da: A r (H) = 1,01 A r (P) = 30,97 A r (O) = 16,00 M r (H 3 PO 4 ) = 3 1, , ,00 = 98 M r (H 3 PO 4 ) = 98 E er bir bile i in formülünde, belirli grup birkaç kez tekrarlan rsa, örne in demir (III) sulfat, Fe 2 (SO 4 ) 3 gruptaki her elementin atom say s parantez içinde ve d nda bulunan endeks say lar n n çarp m na e ittir. Örnek 2. A a da verilen bile iklerin formüllerinin relatif molekül kütlelerini hesapla a) demir (III) sulfat b) bak r (II) sulfat penthidrat Çözüm: a) M r [Fe 2 (SO 4 ) 3 ] = 2 A r (Fe) + 3A r (S) + 12 A r (O) A r (Fe) = 55,85 A r (S) = 32,06 A r (O) = 16,00 M r [Fe 2 (SO 4 ) 3 ] = 2 55, , ,00 = 399,88 M r [Fe 2 (SO 4 ) 3 ] = 399,88 b) M r (CuSO4 5H 2 O) = A r (Cu) + A r (S) + 4A r (O) + 10A r (H) + 5A r (O) A r (Cu) = 63,55 A r (S) = 32,06 A r (O) = 16,00 A r (H) = 1,01 M r (CuSO 4 5H 2 O) = 63, , , , ,00 = 249,71 M r (CuSO 4 5H 2 O) = 249,71 19

20 II.3. SUPSTANS M KTARI VE MOL KÜTLES Supstans miktar ve mol Kimyada en önemli ziksel büyüklüklerin oldu u tabela II.1 de supstans miktar büyüklü ü verilmi tir ve n ile belirlenir. Maddeleri olu turan ö e say s yla ba lant l oldu u için bu büyüklük kimya için en önemlidir. Kolay bir ekilde di er önemli deneysel ölçülebilir büyüklüklerle ba lanabilir, örne in supstanslar n kütlesiyle. Tabelada II.1 den de görüldü ü gibi, supstans miktar büyüklü ünün ölçü birimi mol dur ve mol ile belirlenir. Bu birimin tan mlanmas ndan da anla ld üzere birimin de gerçekten ö e say s yla ba lant l oldu u görülür. Mol, yap s nda 0,012 kg (12 g) karbon izotopundaki 12 C atomlara e it, ö e say s olan supstans miktar d r. Örne in, bir mol kükürtte, azotta, oksijende, magnezyumda, suda, karbondioksitte ya da herhangi bir di er supstansttaki parçac k say s, 12 gram 12 C karbon izotopundaki parçac k say s na e ittir. 0,012 kg karbon izotopunda 12 C, ö elerin say s n n 6, oldu u hesaplanm t r. talyan bilgini Amadeo Avogadro ere ne Avogadro say s olarak adland r lm t r. Yukar da verilen örneklerden de u sonuca varabiliriz ki 1 mol olan herhangi bir supstans n yap s nda da o kadar ö e say s olacakt r, onun için Avagadro say s yerine Avogadro sabitesinden N A söz edebiliriz. Onun de eri 6, / mol. Resim II.2. Bu kablar n herbirinde Avagadro say s ö eleri vard r, demek oluyor ki bir mol supstans vard r. E er belli supstans miktar ndaki ö elerin say s n ö renmek istersek o zaman bir moldaki ö e say s n belli supstans miktar yla çarpmal y z. Örne in, e er bir mol supstansta 6, ö e var ise, iki molda iki defa fazla olacakt r, on molda on defa fazla v.b. Matematiksel olarak u ekilde gösterebiliriz: N(B) = n(b) NA Resim II.3. Amadeo Avogadro Formüldeki : N ö e say s N A Avogadro sabitesi n supstans miktar B supstans belirler 20

21 Örnek 1. 0,5159 mol klorda, klorun molekül say s n bul? Çözüm: Ödevde, klorün miktar verilmi tir, molekül say s aranmaktad r. Klorün molekül say s, supstans miktar ile Avogadro sabitesinin çarp m na e ittir. N(Cl 2 ) = n(cl 2 ) NA = 0,5159 mol 6,022x10 23 /mol N(Cl 2 ) = 3,107x10 23 Mol Kütlesi Bir mol, supstanstaki tüm ö elerle birlikte belli kütleye sahip olacakt r. Bu kütle, bir mol supstansa ait oldu u için mol kütlesi diye adland r l r ve M ile belirlenir. E er mol kütlesinin, supstanslar n g/mol (molda gram okunur) birimiyle ifade edilen, relatif atom kütlesine daha do rusu relatif molekül kütlesine, say sal olarak, e it oldu unu bilirsek o zaman mol kütlesini kolayca belirleyebiliriz. Say sal de erlerinin e it olmas na ra men, mol kütlesi, relatif atom ve relatif molekül kütlesinden farkl büyüklüktür! Örnek 2. Monooksijen (O), dioksijen (O 2 ) ve suyun molar kütlesini hesapla? Çözüm: lk olarak verilen supstanslar n relatif atom kütlelerini, do rusu molekül kütlelerini bulmal y z, sonra da g/mol birimi ile ifade etmeliyiz! A r (O)=16, M r (O 2 )=32 M r (H 2 O)=18 M(O) = 16 g/mol M(O 2 ) = 32 g/mol M(H 2 O) = 18 g/mol E er, bir mol supstans n kütlesini biliyorsak ( mol kütlesi) o zaman sadece onun mol kütlesini supstans miktar yla çarparak herhangi bir supstans miktar n n kütlesini bulabiliriz. Supstans miktar, kütle ve mol kütlesi aralar ndaki ba l l, matematiksel olarak öyle sunabiliriz: n(b) = m(b) M(B) Bu denklemin yard m yla supstans miktar n hesaplayabiliriz, e er supstans n kütlesi belliyse veya tersi de olabilir. 21 Resim II.4. Farkl supstanslardan olu an ayn kütlede farkl ö e say s vard r, daha do rusu farkl miktar çünkü onlar n farkl mol kütleleri vard r.

22 Örnek 3. Mollarla ifade edilen 100g (CO 2 ) karbon dioksit, ne kadar miktar (CO 2 ) karbon dioksit içerir? Bilinen Aranan: m(co 2 ) = 100 g n(co 2 ) =? Çözüm: Kütlesi bilinen supstans n, miktar n bulabilmek için öncelikle mol kütlesini hesaplamal y z. Onun için ilk önce relatif molekül kütlesini hesaplar z, ondan sonra da g/mol birimiyle ifade edip mol kütlesini buluruz. M r (CO 2 ) = A r (C) + 2 A r (O) M r (CO 2 ) = 12, ,00 = 44,01 M(CO 2 ) = 44,01 g/mol Karbon dioksit miktar n da u formülden yararlanarak hesaplar z: m(co n(co 2 ) = 2 ) n(co 2 ) = M(CO 2 ) 100 g 44,01g/mol n(co 2 )= 2,27 mol Cevap: 100g karbon dioksit 2,27 mol karbon dioksit içerir. Örnek 4. Diazot tetraoksit, roketlerde yak t olarak kullan l r. 1,5 mol diazot tetraoksitin kütlesi ne kadard r? Bilinen: Aranan: n(n 2 O 4 ) = 1,5 mol m(n 2 O 4 ) =? Çözüm: Diazot tetraoksidin kütlesini bulmam z için, öncelikle bile i in mol kütlesini hesaplamal y z. M r (N 2 O 4 ) = 2 A r (N) + 4 A r (O) = 2 14, = 92,02 M(N 2 O 4 ) = 92,02 g/mol Supstans miktar n ve mol kütlesini bildi imize göre, N 2 O 4 kütlesini öyle hesaplar z: m(n 2 O 4 ) = n(n 2 O 4 ) M(N 2 O 4 ) = 1,5 mol 92,02 g/mol = 138,03 g Cevap: 1,5 mol diazot tetraoksidin kütlesi 138,03 gramd r. 22

23 NE Ö REND N Z? 1. Verilen ziksel büyüklükler hangi birimler ile ifade edilir: uzunluk, zaman, kütle, supstans miktar? 2. Supstans miktar ile mol kütlesi kavram ayn anlaml m d r? 3. MgCO 3 relatif molekül kütlesini ve mol kütlesini hesapla. 4. 0,5 mol nitrik asidinin içerdi i molekül say s n belirle gram a rl nda olan, nikel levhas nda, nikelin miktar n belirle. 6. 0,25 mol H 2 O un kütlesini miligramla belirle. 7. Atomlar n say s nerede daha fazlad r: 10 g demirde mi ya da 30 g aluminyumda m? ARA TIR! Bir metal parçac n n ve bir küp ekerin kütlesini ölç (tart). Ölçülen kütle üzerine her iki supstans n miktar n ve ö elerinin say s n hesapla (demir atomlar ve eker molekülleri). Yard m : ekerin formülü C 12 H 22 O 11 dir. Kütle paylar II.4 KÜTLE PAYLARI VE K MYASAL FORMÜL ÜZERE HESAPLAMAR Bir bütünde, bütünü olu turan bölümlerden birinin, bütüne kat lan kütlesini hesaplamak istersek o zaman kütle paylar n kullan r z. Bir bütünün bölümleri oldu u için kütle paylar kesir çizgileridir (desimal say lara kolay dönü türürler), tüm bölümlerin kütle paylar n n toplam ise bire e it olmal d r. Baz kar mdaki, bir k sm n kütle pay (w), o k sm n kütlesi ile kar m n (bütününün)kütlesinin bölümü olarak hesaplan r. Resim II.5 Her ey var oldu unda bütündür. w(b) = m(b) m(kar m) Kütle pay, iki kütlenin bölümü oldu undan, boyutsuz büyüklüktür. Yüzdeler, bir bütünün yüzde biridir (1/100). Bundan dolay, kütle pay n yüzdelerle ifade etmek istersek, 100 ile çarpmal y z. Yüzdelerle ifade edildi inde tüm kütle paylar n n toplam % 100 e e it olmal d r. 23

24 Kütle paylar genelde kar mlar n kvantitativ yap s n belirlemek için kullan l r. Fakat kütle paylar ile eriyiklerin de kvantitativ yap s belirlenebilir (onlar da kar md r). Eriyikler, söz konusu olunca, eriyen supstans n kütle pay belirlenir, öyleki toplam kütle eriyi in kütlesidir. Örnek 1. 5 gram kireç ile 15 gram demirden olu an kar mda, kar m olu turan k s mlar n kar mdaki kütle paylar n hesapla. Bilinen: Aranan: m(kireç) = 5 g w(kireç) =? m(fe) = 15 g w(fe) =? Çözüm: Kar m n n toplam kütlesi, kireç ile demirin kütlelerinin toplam na e ittir, daha do rusu 5g+15g=20g. Verilen kütleleri a a daki ifadede kullanaca z: w(kireç) = w(kireç) m(kar m) w(kireç) = 25% 5 g w(kireç) = = 0,25 20 g Paylar n toplam 1 olmal d r asl nda %100, ondan dolay demirin kütle pay 1 e veya % 100 e kalan k s m olmal d r. w(demir) = 1-0,25 = 0,75 ya da: w(demir) = 100 % - 25 % = 75 % w(demir) = 75 % Cevap: Kar mdaki kireçin kütle pay %25 iken, demirin %75 tir. Kimyasal formül üzere hesaplama Daha ileride de görece imiz gibi, kütle paylar n kimyasal formül üzere hesaplamalarda da kullanaca z. Örne in, bile ikteki elementin de kütle pay n hesaplayabiliriz. Her eyden önce, kimyasal formül üzere hesaplamalar n n esaslar n ö renmeliyiz. Kimyasal formül üzere hesaplamalarda, esas olarak bile i in formülündeki endeksler al n r. Onlar n ziksel önemi öyledir: Bir bile i in formülündeki endeksler bile i in yap s ndaki elementlerin miktar yla ayn orant dad r. 24

25 Miktarlar n en küçük tam say oran yaz lm olan kimyasal formüle ampirik formül ya da basit (kaba) formül denir. Bir bile i in ampirik formülünden bile i- i olu turan ö elerin miktar oranlar ö renilebilir, ayn öyle bile i in miktar ile bile i- i olu turan ö elerin miktar n n oranlar ö renilebilir. Örne in, Al 2 S 3 formülündeki endeksler gösteriyor ki: n(al) : n(s) = 2 : 3 n( l 2 ) : n(al) = 1 : 2 n( l 2 ) : n(s) = 1 : 3 Örnek 2. Miktar oranlar ne kadard r: ) sodyum karbonattaki, sodyum, karbon ve oksijenin; b) demir(ii) fosfattaki, demir, fosfor ve oksijenin; c) aluminyum sulfattaki, oksijenin? Çözüm: Miktar oranlar n belirleyebilmek için bile iklerin formüllerini tam olarak yazmal y z. ) Sodyum karbonat n formülü Na 2 CO 3 tür, buna göre, n(na) : n(c) : n(o) = 2 : 1 : 3 b) Demir(II) fosfat n formülü Fe 3 (PO 4 ) 2 dir, ondan n(fe) : n(p) : n(o) = 3 : 2 : 8 c) Aluminyum sulfat n formülü Al 2 (SO 4 ) 3 tür. Demek ki, aluminyum sulfat ile oksijenin miktar oranlar : n[al 2 (SO4) 3 ] : n(o) = 1 : 12 Kimyasal formüllerde, endekslerin önemini ö renmi ken, bile ikteki elementlerin kütle paylar n da hesaplayabiliriz. Onu s radaki örnekle gösterece iz: Örnek 3. Potasyum fosfattaki, potasyum ile oksijenin kütle paylar ne kadard r? Çözüm: Bu durumda da bile i in formülünü tam olarak yazmal y z. Formül K 3 PO 4 tür. Potasyum fosfattaki potasyumun kütle pay : w(k; K 3 PO 4 ) = m(k) m(k 3 PO 4 ) Potasyum ile potasyum fosfat n kütlelerini, onlar n miktarlar n n ve mol kütlelerinin çarp m olarak ifade edece iz. n(k) M(K) w(k; K 3 PO 4 ) =. n(k 3 PO 4 ) M(K 3 PO 4 ) 25

26 Potasyum ile potasyum fosfat n oran her zaman ayn d r ve 1:3 tür. Mol kütlesi birimleri k salt l r, say sal de erleri ise relatif atom ve relatif molekül kütlelerine e ittir. w(k; K 3 PO 4 ) = 3 1. A r (K) M r (K 3 PO 4 ) Buradan da, bile ikteki elementin kütle pay n hesaplamak için, genel bir formül türetebiliriz: w(element, bile ik) = i. A r (bile ik) M r (element) Bu formüldeki ile formuldeki elementin endeksi ifade edilir. imdi potasyum fosfattaki, potasyum ile oksijenin kütle paylar n n hesaplanmas basittir. Potasyum fosfat n relatif molekül kütlesi M r = 214,24 tür, potasyum ile oksijenin relatif atom kütlelerini ise periyodik cetvelden okuyaca z: w(k; K 3 PO 4 ) = 3. 39,1 = 0, ,27 w(k; K 3 PO 4 ) = 55,26 % w(o; K 3 PO 4 ) = = 0, ,27 w(o; K 3 PO 4 ) = 30,15 % Cevap: Potasyum fosfattaki, potasyumun kütle pay %55,26 d r, oksijenin ise %30,15 tir. Bile i in, bilinen formülü üzere di er ziksel büyüklüklerde de hesaplanabilirler. Onu daha birkaç örnekle görece iz. Örnek g arsen (III) sul tteki arsenin miktar ne kadard r? Bilinen: m(as 2 S 3 )=100g A r (As)=74,92 A r (S)=32,06 Aranan: n(as)=? 26

27 Çözüm: Bile i in formülünden görebiliriz ki, arsen ile arsen (III) sul din miktar oranlar : n(as) : n(as 2 S 3 ) = 2 : 1, buradan n(as) = 2 n(as 2 S 3 ) Demek ki, arsenin miktar n belirlemek için arsen (III) sul din miktar n bulmal y z, onun için ise bize arsen (III) sul din mol kütlesi gereklidir. As 2 S 3 ün mol kütlesi 197,94 g/mol d r. Bu de eri s radaki ifadede kullanaca z: Buradan, n(as 2 S 3 ) = m(as S ) g = = 0,406 mol M(As 2 S 3 ) 246,02 g/mol n(as) = 2 n(as 2 S 3 ) = 2 0,406 mol = mol Cevap: 100 g arsen (III) sul tte, arsenin miktar mol dur. Örnek gram kükürt trioksitte oksijenin kütlesini hesapla! Bilinen: Aranan; m(so 3 ) = 150 g m(o) =? A r (S) =32,06 A r (O) =16,00 Cevap: Öncelikle, oksijen ile kükürt trioksit miktarlar n n mol orant s kurulmal : n(o) 3 = n(so 3 ) 1 n(o) = 3. n(so 3 ) Ödevde, oksijenin kütlesi aranmaktad r, SO 3 in kütlesi verildi inden bu supstanslar n miktarlar, onlar n kütleleri ile mol kütlelerinin oran eklinde belirlenmesi daha uygundur. m(o) 3. m(so 3 ) = M(O) M(SO 3 ) Kütle ile mol kütle de erlerinin kullan lmas yla: m(o) = 3. m(so 3 ). M(O) g. 16 g/mol = M(SO 3 ) 80,06 g/mol = 89,93 g Cevap: 150 gram kükürt trioksitte oksijenin kütlesi 89,93 gramd r. 27

28 NE Ö REND N? 1. Bir kar m, iyod ile sodyum klorürden olu ur. Kar m n kütlesi 50g d r, kar mdaki iyodun kütlesi ise 15g d r. Kar mdaki iyod ile sodyum klorürün kütle oranlar ne kadard r? 2. Eriyi in kütlesi 50g ve eriyikteki sodyum hidroksidin kütlesi 10g ise, eriyikteki sodyum hidroksidin kütle pay ne kadard r? 3. Otomobillerin aküleri sül rik asidi eriyi i içerirler. E er eriyi in kütlesi 1,23kg ve sül rik asidinin kütle pay %29 ise, eriyikteki sül rik asidinin kütlesi ne kadard r? 4. Verilen bile iklerdeki elementlerin kütle paylar ne kadard r: CaCO 3 ; SiO 2 ; H 2 SO 4, KOH? 5. Verilen formüllerdeki elementlerin miktar oranlar ne kadard r: HNO 3 ; N 2 O 5 ; Ca(OH) 2 ; Na 2 SO 4 ; Cl 2 O 7? 6. 25g HNO 3 in içerdi i azotun miktar ne kadard r? 7. 48g oksijen içeren P 2 O 5 in kütlesi ne kadard r? ARA TIR! Aspirindeki ilaçl içerik asetilsalisilik asit (k saca ASA) tir. Bu bile i in kimyasal formülü ile ilgili bilgiler ara ve yap s ndaki her elementin kütle pay n hesapla. II.5. K MYASAL DENKLEM ÜZERE HESAPLAMA Geçen y l, kimyasal denklemle asl nda sembolik olarak kimyasal tepkimelerin temsil edildi ini ö rendik. Tepkimeye kat lanlar, kimyasal sembol ve formülllerle yaz l r öyleki denklemin sol taraf na relati er,sa taraf na ise ürünler yaz l r. Kimyasal tepkimelerde atomlar ne yok edilir ne de yeni atomlar olu abilir, sadece atomlar n grupla mas olur, ondan dolay ayn cins atomlar n say s hem tepkimeden önce hem de sonra e it olmal d r. Bundan dolay kimyasal denklemler denkle tirilmeli. Kimyasal sembollerin önüne yazd m z say lara stokyometri koe sientleri denir. Asl nda kimyasal denklem üzere hesaplama, esas olarak bu say lara dayan r. Demek oluyor ki, hesaplamalara geçmeden önce kimyasal denklemleri denkle tirmeliyiz. Bundan dolay ilk önce stokyometri koe sientlerin ne oldu unu görelim. Stokyometri koe sientlerin oran, tepkimeye kat lanlar n miktarlar n n oran na e ittir. Bu, kimyasal de i melere u rayan saf madde miktarlar için geçerlidir. 28

29 Örnek olarak u denklem verilmi tir: 4Al + 2 = 2AI 2 O 3 Denkle tirilen kimyasal denklemden u sonucu ç kart yoruz ki : n(ai) : n(o 2 ) : n( l ) = 4 : 3 : 2 Kimyasal denklem üzere hesaplamalar s radaki örneklerle gösterece iz. Örnek gram klorun aluminyum ile tepkimesinden elde edilecek olan aluminyum klorürün miktar n hesapla. Bilinen: Aranan; m(cl 2 ) = 72 g A r (Cl) = 35,45 n(alcl 3 ) =? Çözüm: lk olarak kimyasal denklem yaz l p denkle tirilir. 2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 Denkle tirilen kimyasal denklemden aluminyum klorür (aranan) ile aluminyum (hakk nda bilgilerimiz olan) miktarlar n oran bulunur. 2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 Ya da Demek, (AlCl 3 ) : n(cl 2 ) = 2 : 3 m(alcl 3 ) 2 = n(cl 2 ) n(alcl 3 ) =. n(cl 3 ) n(alcl 3 ) =. 3 3 m(cl 2 ) M(Cl 2 ) n(alcl 3 ) = g 3 70,9 g/mol = 0,68 mol Cevap: 72 gram klorun aluminyum ile tepkimesinden olu an aluminyum klorürün miktar 0,68 moldur. Örnek 2. 2,02kg hidrojenin klor ile tepkimeye girmesiyle elde edilecek olan hidroklorünün kütlesi ne kadar olacakt r? Bilinen: Aranan; m(h 2 ) = 2,02 kg m(hcl) =? Cevap: Öncelikle kimyasal denklemi yaz p denkle tirece iz. H 2 + Cl 2 = 2HCl 29

30 Sonra da, denkle tirilen denklem üzere hidroklorür ve hidrojenin miktarlar oran n kuraca z: n(hcl) 2 n(h 2 ) = 1 n(hcl) = 2 n(h 2 ) HCl nin kütlesi arand için HCl nin miktar n kütle ile mol kütlesi bölümü olarak ifade edip ayn s n hidrojen için de yapaca z. u anda gerekli olmad halde yine de birimlere dönü türmeyi tekrarlamak amac yla hidrojenin kütlesini gramlar ile ifade edelim. Hidrojenin kütlesi 2,02 kg d r. Kilogram, gramdan bin defa daha büyük bir birimdir, demek oluyor ki 2020 g d r. Mol kütlesini g/mol ile ifade ederiz, ( 2 ) = 2,02 g/mol. m(hcl) 2. m(hcl) = M(HCl) M(H 2 ) Buradan m(hcl) = 2. m(h 2 ). m(hcl) M(H 2 ) g. 36,46 g/mol m(hcl) = = g = 72,92 g 2,02 g/mol Cevap: 2,02 kg hidrojenin klor ile tepkimesinden elde edilecek olan HCl nin kütlesi 72,92 kg d r. Örnek 3. Kalsium hidroksitin, kütle pay w(hcl)=20% olan, 10 gram hidroklorür asid eriyi i ile tepkimeye girmesi için ne kadar kütleye ihtiyac var? Bilinen: Aranan; m(hcl eriyik) = 10 g m[ca(oh) 2 ] =? w(hcl; eriyik) = 20% Çözüm: lk olarak kimyasal tepkimenin denklemini yaz p denkle tirece iz. Ca(OH) 2 + 2HCl CaCl 2 + 2H 2 O Kalsiyum hidroksit ile hidroklorür asidin miktarlar n n oran n kurmadan önce saf hidroklorür asidin kütlesini bulmal y z. Onu, eriyikteki kütle pay de erini ve eriyi in kütlesini kullanarak yapaca z: m(hcl) = w(hcl; eriyik) m(eriyik) = 0,2 10g = 2g n(ca(oh) 2 ) 1 n(ca(oh) 2 ) 1 = n(hcl) n(hcl) = 2 2 m(ca(oh) 2 ) 1 m(hcl) m(ca(oh) M(Ca(OH) 2 ) 2 ) 1 m(hcl). = = M(Ca(OH) 2 ) 2 M(HCl) 2 M(HCl) 1 2 g m(ca(oh) 2 ). 74,10 g/mol =. = 2,03 g 2 36,46 g/mol 30

31 NE Ö REND N? 1. 5,0 mol SO 2 nin oksijen ile tamamen tepkimeye girebilmesi için kaç mol oksijen gereklidir. Tepkime 2SO 2 + O 2 2SO gram magnezyumun yanmas yla kaç mol magnezyum oksit elde edilecektir? 3. Amonya n yanma tepkimesi öyle gösterilmi tir: 4NH 3 + 3O 2 2N 2 + 6H 2 O. 13,7 mol amonya n tamamen yanmas için kaç gram oksijen gereklidir? 4. Su olu tururken, 10 gram oksijen ile tepkimeye giren hidrojenin kütlesi ne kadard r? gram magnezyum hidroksidin elde edilmesi için magnezyum klorür ile tepkimeye girecek olan sodyum hidroksidin kütlesi ne kadard r? 6. 1,5 mol hidrobromür asidi ile aluminyum tepkimeye girmesiyle elde edilecek olan aluminyum (III) bromürün kütlesi ne kadard r? 7. 1 kg CaCO 3 n tamamen termik ayr m yla elde edilen karbon dioksidin molekül say s ne kadard r? ARA TIR! 2 gram magnezyum oksit elde etmelisin. Nas l elde edeceksin ve onu elde etti ini nas l kan tlayacaks n? - Hipotez kur. - Gerekli olan hesaplamalar yap. - Deneyi gerçekle tir. - Elde edilen ürünün kütlesini ölç ve onun gerçekten magnezyum oksit oldu unu kan tla. KÜÇÜK HATIRLATICI Ölçülebilen özelliklere ziksel büyüklük denir. Kimyasal hesaplamalarda büyüklük denklemleri kullan r z, burada da - ziksel büyüklükleri, büyüklü ün say sal de eri ile biriminin çarp m olarak ifade ederiz. Relatif atom kütlesi A r, bir atomun kütlesinin bir karbon biriminden kaç defa daha büyük oldu unu gösteren say d r. Relatif molekül kütlesi M r, supstanstaki elementlerin relatif atom kütlelerinin toplam yla hesaplan r, her biri kimyasal formüldeki elementin endeksiyle çarp l r. Supstans miktar n, supstans olu turan ö elerin say s ile ba lant l olan büyüklüktür, mol denilen birim ile ifade edilir. 31

32 Mol, 12 gram karbon izotopunda 12 bulunan atom say s na, e it ö e say s olan, supstans miktar d r. 1 mol olan herhangi bir supstansta ö e say s ayn d r ve 6, tür. Avogadro say s olarak adland r l r. Avogadro sabitesi N A ile belirlenir, onun de eri ise 6, /mol dur. Mol kütlesi, 1 mol olan herhangi supstans n kütlesidir. Mol kütlesi genelde g/ mol ile ifade edilir, o zaman da onun say sal de eri, supstanslar n relatif atom kütlesi veya relatif molekül kütlesi ile e ittir. Kütle pay bir bütüne kat lan n kütlesi ile bütünün kütlesinin bölümüdür. Kimyasal formüldeki endekslerin oran, bile i in yap s ndaki elementlerin miktarlar n n oran n verir. 32

33 III. METALLER VE AMETALLER Biliyor musun ki nsano lunun kulland ilk demir asl nda meteor demiriymi. Demirin M.Ö y l n daha öncesinden kullan lmaya ba lad na dair bilgiler mevcuttur. Daha sonra insano lu ba ka metaller de ke fetmi tir, ala mlar da yapmaya ba lam t r. Son zamanlara kadar metal ve ala mlar en önemli teknik malzemesiydi fakat karbonlar n Nanotüplerinin ke fedilmesiyle bilimde devrim yarat ld. Metal ve ametallerin özelliklerinin bilinmesi büyük önem ta maktad r. Bunlardan baz lar n bu konuda ö reneceksin. Kavramlar: Metal Maden Mineral Ala m Geri dönü üm Ametal Allatrop modi kasyon Katalizatör Sera etkisi 33

34 III.1. METALLER III.1.1. METALLER N BULUNU U VE ELDE ED LMES Do ada metaller Metaller, ba l ca yerkabu unda rastlan r fakat baz metaller az miktarda canl organizmalarda da görünürler.bunlar n organizmada farkl görevlerin gerçekle mesinde önemli rölü vard r. Canl organizmalar n kemikleri kalsiyum bile ikleri içerir, bitkilerin yapraklar ndaki kloro l ise magnezyum içerir, onu da bitkiler topraktan al r. Yerkabu unda, tüm elementlerin bulundu u kan tlanm t r, ki onlar n üçte ikisini de metaller olu turur. Yerkabu unda az say da metaller serbest haldedirler. Elementer supstans olarak az say da metaller yerkabu- unda serbest halde bulunurlar. Onlar da gümü, alt n, c va ve bak rd r. Do ada metaller genellikle di er elementlerle bile ik olarak ba l haldedirler o da oksitler, sül dler, karbonat v.b. olarak. Bu bile ikler dünyan n jeolojik süreçleri esnas nda olu mu lard r. Resim III.1. Magnezyum yapraklar ndaki kloro lin yap s na girer Resim III.2 Bu mükemmel mineralin ad lorandittir. Kojuf da nda, Al ar bölgesinde bulunan endemik mineraldir. Do ada rastlanan jeolojik süreçler esnas nda olu an belirli kimyasal yap s olan supstanslara mineraller denir. Mineraller ço unlukla di er mineraller ve di er supstanslarla kar m halde bulunurlar. Kimi mineralin, daha çok miktarda bulundu u kar mlara ve kimi metalin elde edilmesinde hammadde olarak kullan lan kar mlara maden denir e a k n mineralin bilinmesine ra men sadece 100 çe it maden vard r. Madenin içeri i elveri li supstanstan olu mu tur, bu supstanstan da metal ile k s r denen supstans çekilebilir. Madenin içerdi i elveri li madde miktar na göre, madenler, zengin ve fakir olarak ayr lm t rlar. Madenin zengin ya da fakir olaca n belirleyen metalin pay, farkl madenlerde farkl d r. Dünyada madenle zengin olan maden ocaklar n n say s azalmaktad r. Yap lar nda elveri li supstans n miktar az olan madenler vard r, fakat yine de ekonomik aç dan istifade edilmesi uygundur. Resim III.3. Demir madeni 34

35 Metallerin elde edilmesi Genelde metaller, onlar n madenlerinin i letilmesiyle elde edilirler. Metalin, madenden ayr lma biçimi madenin do rusu mineralin yap s na ve metalin özelliklerine ba l d r. Genelde, metalin elde edilmesi üç etapta gerçekle ir: madenin haz rlanmas ; i lenmemi metalin elde edilmesi ve ra ne etme Madenden, temiz metalin elde edilme etaplar, gerçekle en yöntemler ve her etap n sonunda elde edilen ürünler a a daki resimde gösterilmi tir. I. ETAP HAZIRLIK Ufalama, k s r n bir bölümünün at lmas MADEN KONSANTRE- S (karbonat, sul d, oksid) LENMEM METAL Metal oksitlerin elde edilmesi ve onlar n indirgenmesi II. ETAP LENMEM METAL N ELDE ED LMES III. ETAP RAF NE ETME Uygun eriticide eritmek ve elekroliz TEM Z (SAF) METAL Resim III.4. Saf (Temiz) metalin elde edilmesindeki etaplar unu belirtmeliyiz ki, maden konsantresinden i lenmemi metalin elde edilme yöntemi karbonatlar veya sul dler olup olmamas na ba l d r. Karbonatlar, yüksek s cakl kta oksijensiz s t l nca oksitlere dönü ürler (bu sürece pi irme denir), sul dler ise oksijen ile s t l rlar (bu sürece de kavurma denir). Herhangi bir ekilde elde edilen oksid, i lenmemi metale, yap s nda az miktarda di er supstanslar n da bulundu u elementer metale kadar indirgenir. Metallerin ra ne edilmesi daha do rusu saf (temiz ) metalin elde edilmesi genelde elektroliz ile gerçekle ir. Elektroliz süreci hakk nda önceki konuda redoks süreçlerinde bahsetmi tik. Elektroliz asl nda elektrik ak m yard m yla supstanslar n ayr ma sürecidir. Kimi metallerin elde edilmesinde elektroliz daha ikinci etaptan kullan l r ve böylece saf (temiz) metal elde edilir. 35

36 III.1.2. METALLER N ÖZELL KLER Metallerin ziksel özellikleri Her metalin kendine has özellikleri olmas na ra men ço u metallerin onlar, ametallerden farkl k lan ortak ziksel ve kimyasal özellikleri vard r. Metallerin ortak özelliklerinden biri agrega halidir. Oda s cakl nda metaller kat haldedirler. Sadece c va s v haldedir. Metallerin ço u gri rengindedir. Renkli metaller de vard r, örnek olarak bak r n k rm z kahverengi rengi vard r ya da alt n, sar renktedir. Metaller, özellikle kesildikleri anda metal parlakl klar yla ay rt edilirler. Onlar elektrik ve s cakl - çok iyi iletirler. Ço u metaller mekanik olarak i letilebilirler daha do rusu dövülür, lehimlenir, ince yaprak ve tel haline getirilirler. Resim III.5. Alt n sar renkte ve yüksek parlakl olan metaldir. Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: Farkl malzemelerin s cakl k iletkenli ini ara t r. Gerekli gereçler ve supstanslar: ayn büyüklükte farkl malzemeden yap lm olan (cam, odun, metal, plastik) ve bir ucu balmumu ile ya lanm dört çubuk ve s cak su ile beher. Dü ünme yönleri Verilen ödevi göz önünde bulundurarak, çubuklar n bir taraf n n neden balmumu ile ya lamam z gerekli oldu unu dü ün. Çubuklar n hangi ucu suda olmal d r? Suyun balmumuna de mesi gerekli midir? Çal mak için plan yap ve deneyi gerçekle tir. Dikkatle gözlemle ve neler oldu unu kaydet. Sonra da sonuca var. Metallerin mekanik özellikleri, onlar n birle tirilmesiyle önemli ölçüde iyile tirilebilir. Metallerin birle tirilmesi s ras nda metaller, di er metallerle kar r kimi durumlarda ametallerle de kar rlar, böylece ala mlar elde edilir. Ala mlar n özellikleri, yap lar ndaki metallerin özelliklerinden farkl d r. Kimi ala- mlar n spesi k özellikleri vard r ve belli kullan m amaçl üretilirler. Gerçekte, ala mlar teknikte ilerlemeler sa lam t r. Metallerin ortak özelliklerinden ba ka öyle ziksel özellikleri vard r ki metalleri aralar nda farkl k lar. Örne in, ço u metallerin çok kat olmas na ra men kimi metaller o kadar yumu akt r ki, b çak ile kesilebilir. Alkali metaller böyledir. Resim III.6. Sodyum yumu ak metaldir ve b çakla kesilebilir. 36

37 Ondan ba ka, alkali metallerin yo unluklar küçüktür (baz lar n n yo unlu u suyun yo unlu undan da küçüktür). Di er metallerin ise büyük yo unluklar vard r. Metallerin ortak olmayan özelliklerinden biri, erime s cakl d r. Metallerin ço unun yüksek erime noktas var, fakat baz lar n n dü ük erime noktas vard r. Sezyum (Cs) ile Galyum (Ga) elementlerinin erime noktalar vücut s cakl na yak nd r. Tabela III.1 de farkl metallerin baz özellikleri verilmi tir. Tabela III.1. Birkaç metal ile onlar n ziksel özellikleri Metal Agrega Hal Renk Yo unluk (g/ml) Erime noktas (OC) demir kat gri 7, sodyum kat gümü ümsü beyaz 0,970 97,5 c va s v gümü ümsü beyaz 13,534-38,9 kur un kat gri 11, aluminyum kat gümü ümsü beyaz 2, bak r kat k rm z ms 8, Metallerin kimyasal özellikleri Hergünkü ya amda, metaller söz konusu olunca onlar n ziksel özelliklerini göz önünde bulundururuz. Fakat, metaller için en karakteristik olan özellik ve bu özellikten dolay kimi elementin metal olarak s n and r lmas n sa layan özellik, metallerin kimyasal davran lar d r. Kimyasal davranmas aç s ndan metaller, ametallere k yasen daha kolay elektron verirler. Art k biliyorsun ki, metallerin ço u asitlerle tepkimeye girerler ve hidrojen serbestle tirirler. Zn + 2HCI = ZnCl 2 + H 2 Resim III.7. Potasyum su ile tepkime yapar ve hidrojen ile büyük miktarda s cakl k serbest edilir. Ço u metaller, asitlerle tepkimeye girerler fakat hidrojen serbestle tirmezler. Az say da metaller örne in: potasyum ve sodyum, su ile tepkimeye girerler ve hidrojen serbestle tirirler. Ço u metaller, suda eriyen di er metallerin tuzlar yla tepkimeye girer ve böylece yerlerini de i tirirler. Kimi metaller daha aktiv olup daha fazla farkl metallerin tuzlar yla tepkimeye girerken di erleri daha az aktivdirler. Metalin asit ile tepkimeye girip girmemesi, daha do rusu suyla tepkime vermesi, ya da di er metalin tuzuyla tepkimeye girmesi, metallerin elektrokimya dizisindeki (metallerin gerilim dizisindeki) yerine ba l d r. Örne in, 2AgNO 3 + Cu = Cu(NO 3 ) 2 + 2Ag 37

38 Oksijen, klor, kükürt, hidrojen gibi metallerin ço u do rudan ametallerle ba lan rlar. Örne in, 2Fe + 3CI 2 = 2FeCl 3 Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: Farkl supstanslar n, metallerin paslanmas na olan etkisini ara t r. Gereken gereç ve supstanslar: deney tüplük, dört k skaç, t pa, seyreltik HCl, yemek ya, su Yöntem: Her dört tüpe birer k skaç koy, öyleki ilk tüpü yar ya kadar su ile doldur, ikincisine yemek ya, üçüncüsüne seyreltik hidroklorür asidi ve dördüncüsünü sadece t pa ile kapat. Tüpleri birkaç gün beklet. Herhangi de i iklik var m? Hangi tüpte en çok de i iklikler vard r? Sonuç ç kar! Metallerin paslanmas Hergünkü ya amdan bildi imiz gibi d etkenlerin etkisi alt nda kalan maddeler yok olma tehlikesi alt ndad rlar. Suyun, havadaki oksijen ve havadaki di er gazlar n etkisinden, malzemelerin bozulmas sürecine paslanma denir. Tüm maddeler paslan r fakat bu kavram kullan rken genelde metallerin paslanmas dü ünülür. Paslanma s ras nda metalin yüzeyinde kimyasal de i meler olur. Paslanm metalin yap s farkl d r ve paslanmay k k rtan faktöre ba l d r. Öyleki, oksijenle tepkimeye giren metaller, metalin yüzeyinde oksidler olu tururlar. E er, metal oksitten olu an tabaka gözenekliyse ve nemi gaz ile geçiriyorsa, o zaman paslanma olay metali büsbütün yok eder. E er olu an oksid tabakas ilerideki kimyasal etkilere dayan kl ysa (aluminyumda oldu u gibi) o zaman, o oksid tabakas metali paslanmadan korur. Suyun ve gazlar n zararl etkisinden metalin korunmas n n en basit yöntemi, metalin üzerini cilalamak veya boyamakt r. Metal iletkenler lastik veya plastik (izolasyon ile) malzemelerle sar larak korunur. Resim III.8. Paslanm boru Resim III.9. Geri dönü- üm i areti S kça, metallerin paslanmadan korunmas için galvanizasyon yöntemi kullan l r. Bu yöntemle metalin yüzeyi paslanmaya dayan kl olan ba ka bir metal tabaka ile kaplan r. Kimi durumlarda hurda gibi at lan farkl metal bölümleri geri dönü üm ile tekrar kullan labilirler. Geri dönü üm, asl nda yeni malzemelerin üretiminde farkl hurda çe itlerinin kullan lmas yöntemidir. 38

39 Resim III.10. Geri dönü üm ile i letmeyi bekleyen metal y n Geri dönü üm yöntemiyle hurdan n bir bölümü hammade olarak kullan ld ndan dönü ümün büyük teknolojik, ekonomik ve ekolojik önemi vard r. En çok geri dönü üm ile i letilen metal aluminyumdur çünkü her gün aluminyum ambalaj hurda gibi at l r. Ayn ekilde geri dönü üm ile i letilen metal, demir ve onun ala mlar d r. NE Ö REND N? 1. Siderit maddenin en önemli k sm ( komponenti), siderit mineralidir, FeCO 3. Sideritten demir oksitin elde edilme denklemini yaz. 2. Hergünkü ya amda rastlad n birkaç metal say ve onlar n özelliklerini aç kla. Onlar n özellikleri ve kullan m alanlar aras ndaki ba bulmaya çal. 3. Aluminyum ala mlar n n uçak yap m nda kullan lmas, onlar n hangi özelli ine dayan r? 4. Sodyum ve suyun tepkimesinin denklemini yaz ve denkle tir. 5. Bak r ve klorün tepkimesinin, denklemini yaz ve denkle tir. 6. Kimi nesnenin alt n kaplamas ndan ne anlam ç kart rs n. Bu yöntem neden gerçekle ir. ARA TIR! Lityum elementinin özellikleriyle ilgili bilgi ara ve onlar ö ren. Öyle denilen Lityum pillerinde neden kullan ld hakk nda bilgi edin ve sonuç ç kar. III.1.3. KALS YUM Kalsiyumun bulunu u ve elde edilmesi Ca S ra numaras : 20 A r = 40,08 Oksid say s +2 T m = 840 C = 1,55 g/cm 3 Kalsiyum, 1808 y l nda Henri Deyvi taraf ndan ke fedilmi tir.ad n, Latincede, kireç anlam na gelen calx", sözcü ünden alm t r. Do ada en çok bulunan be inci elementtir. Tüm elementler aras nda, do ada bulunu u aç s ndan be inci yerdeyken, metaller aras nda da üçüncü yerdedir. Büyük reakti i- i yüzünden do ada sadece ba l halde bulunur. En s k: kalsiyum karbonat, CaCO 3 (kireçte, mermerde, kalsitte) olarak rastlan r. Alç olarak rastland gibi (CaSO 4 2H 2 O) di er minerallerde de rastlan r. 39

40 Kalsiyumun baz bile ikleri, canl organizma ile insan iskeletinin yap s n olusturmaktad r. Bu bile ikler bitkilerde de mevcuttur. Erimi kalsiyum klorürün, elektroliz ayr m yla elementer kalsiyum elde edilir. Kalsiyumun özellikleri Kalsiyum, gümü ümsü beyaz, parlak ve yumu ak metaldir. Toprak ( yer ) alkali grubuna girer. Kimyasal özelliklerine göre kalsiyum tipik metaldir. Di er toprak alkali metalleri gibi kalsiyumun da iki de erlik (ya da valans) elektronu vard r, kolay verir ve yükseltgenir. Ondan dolay kalsiyum elementi indirgendir. Kalsiyum çok reaktivdir, supstanslarla ba land nda özellikle iyonik bile ikler olu turur, daha do rusu bile iklerde iyon gibi yer al r. Hava ile temasa girince, havadaki oksijen ve azot ile ba lan r. Havada yan nca oksid olu turur. 2Ca + O 2 = 2CaO Kalsiyum, su ile tepkimeye girer, hidrojen serbestle tirir fakat asitlerle de tepkimeye girince hidrojen serbestle tirir. Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 Kalsiyum, çok say da ametallerle de tepkimeye girer ve tuzlar olu turur. Kalsiyumun daha önemli bile ikleri Kalsiyum sadece bir oksit olu turur, kalsiyum oksitd CaO, sönmemi kireç gibi de bilinir. Bu oksid, kirecin havas z s t lmas yla elde edilir, bu sürecee piroliz denir. CaCO 3 = CaO + CO 2 Kalsiyum oksid tipik baz oksittir, su ile tepkimeye girer böylelikle kalsiyum hidroksid Ca(OH) 2 elde edilir, buna sönmü kireç de denilir ve büyük miktarda s cakl k serbestle ir. Resim III.1.1.Mermer, yap s na göre kalsiyum karbonatt r Sönmü kireç eriyi ine (çözeltesi) kireç suyu denir. Kireç suyu, karbon dioksid ile ba lan r ve kalsiyum karbonat olu turur CaCO 3 (kireç ta ). Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O Kalsiyumun, en önemli ve en yayg n bile i i kalsiyum karbonatt r. Suda erimez fakat karbon dioksitin su eriyi iyle ba lan p kolay eriyen tuz kalsiyum hidrojen karbonata dönü ür. CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3 ) 2 40

41 Kalsiyum hidrojen karbonat n s t lmas yla ya da uzun zaman durmas yla, kalsiyum hidrojen karbonattan CO 2 ve su serbestle erek yeniden kalsiyum karbonat elde edilir. Do ada bu ekilde, kireçta ma aralar nda stalaktitler ve stalagmitler olu mu tur. Resim III.12. Kireçta ma aralar nda stalaktitler Kalsiyum di er tuzlar ndan,önemli olan kalsiyum sulfatt r CaSO 4 2H 2 O. Onun di er ad alç ta (gips) d r, suda erimiyen supstanst r. Kalsiyumun önemi ve kullan Kalsiyum bile iklerinin büyük biyolojik ve teknolojik önemi vard r. Kalsiyum bile iklerinin organizmalar n iskeletinin yap s na girdi ini söylemi tik. Kalsiyum iyonlar maddelerin al veri inde yer al r ve kalbin (yüre in) düzgün çal mas n sa lar. Kanama s ras nda da kan n p ht la mas na yard m ederler. Ondan dolay kalsiyumu bol olan süt, süt ürünleri ve farkl sebzelerle beslenmek çok önemlidir. Resim III.13. Beslenmede, kalsiyum içerikli erzak kullan lmal d r. Kalsiyum bile iklerden en çok kullan lan kalsiyum karbonatt r (kireç ta ). Büyük miktarda kireç ta sönmemi kirecin elde edilmesinde kullan l r, ondan da s van n elde edilmesi için temel hammade olan sönmü kireç elde edilir. S va asl nda kireç, kum ve su kar m ndan olu mu tur. S va, en çok in aatç l kta kullan l r. Alç ta da ayn öyle in aatç l k ve hekyelt ra ç l kta kullan l r. Resim III.14. Alç ta ndan farkl heykeller yap l r 41

42 NE Ö REND N? 1. Neden kalsiyum, erimi kalsiyum klorünün elektroliziyle elde edilir, neden onun eriyi inden elde edilemez? 2. Kalsiyum, bak r n tuzlar n n eriyiklerinde, bak r bast rabilir mi? Cevab aç kla. E er bast rabilirse, tepkimenin denklemini yaz. 3. Hidroklorür asidi ve kalsiyumun aras ndaki tepkimenin denklemini yaz. 4. Kalsiyum hidroksid ile karbon dioksidin tepkimeye girmesinden, kalsiyum karbonat elde edilir. Bu tuzun elde edilmesi için en az ndan daha bir olas l tepkime sun ve denklemini yaz. 5. S van n kat la mas n n sebebi nedir? Olu an tepkimenin denklemini yaz. ARA TIR! ki tüpte berrak s v vard r. Birinde kalsiyum hidroksid eriyi i var. Kalsiyum hidroksidin hangi tüpte oldu unu nas l ke fedeceksin? EK B LG : FRESKLER NASIL Ç Z LM T R? Kilise ve manast rlarda bulunan eski fresklere herhalde hayran kalm s n zd r. Duvarlara nas l çizilmi ve nas l o kadar uzun zaman solmam lard r? Freskler genellikle alç ta veya ya duvar s vas üzerine çizilirmi. talyanca da taze anlam na gelen affresco sözcü ünden türemi tir. Bu resim tekni inde, ya duvar s vas üzerine boyalar sürülür ve s va boyay emermi. Sonradan kurumaya b rak l m. Bu süreç içinde, s va ve alç ta kat la r, onlarla birlikte freskteki boyalar da kat la rm. Böylece kiliselerin in aat malzemesine s k ca girerlermi. 42

43 III ALUM NYUM Al S ra numaras : 13 A r = 27 Oksid say s +3 T m = 660 C = 2,70 g/cm 3 Aluminyumu, Alman bilgini Fridrih Veler 1827 y l nda ke fetmi tir. Ad KAI(SO 4 ) 2 12H 2 O potasyum ap denilen mineralinin, Latin ad alumen sözcü ünden gelir. Aluminyumun bulunu u ve elde edilmesi Resim III.15. Potasyum ap Aluminyum, yerkabu unda yayg nl k aç s ndan üçüncü s rada yer al r. Do ada kalsiyum gibi sadece ba l ekilde özellikle oksid eklinde bulunur. Aluminyumun elde edilmesi için boksit minerali kullan l r, ondan ise elektroliz ile elde edilir. Büyük miktarda aluminyum, kilin yap s na girer. Aluminyum özellikleri Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: Aluminyumun hem asit hem de bazlarla tepkimeye girip girmedi ini dene! Gerekli gereç ve supstanslar: Tüpler, aluminyum parçalar, hidroklorürün ve sodyum hidroksitin seyreltik eriyikleri. Yöntem: Tüplerin birine seyreltik hidroklorür asidi koy, di erine ise seyreltik sodyum hidroksit eriyi i koy. Sonra da her iki tüpün içine birer parça aluminyum koy. Tüplerde olagelen de i iklikleri gözlemle. Olu an kabarc klar n hangi gaza ait oldu unu belirle? Sonuca var. Aluminyum yumu ak, ha f, gümü ümsü-beyaz, parlak metaldir. Kolayca ince yapraklara dönü türülür (aluminyum foliyosu). Aluminyum s cakl ve elektri i iyi iletir. Havada koruyucu oksit tabakas olu turur, onu ilerideki oksitlenmeden korur. 4AI + 2 = 2AI 2 O 3 Aluminyum oksid, aluminyumun nitrik asidiyle olan tepkimesinden de elde edilir. Gerçekle tirdi in deneyden, aluminyumun hem asitlerle hem de bazlarla tepkimeye girdi i sonucuna vard n, onun için aluminyumun amfoter özelli i vard r deriz. Onun hidroksidinde de bu özellik vard r. Aluminyum çok say da tuzlar olu turur. 43

44 Aluminyumun daha önemli bile ikleri Aluminyum sadece bir oksit olu turur, aluminyum oksit AI 2 O 3. Do ada, korund minerali olarak renksiz kristaller eklinde bulunur fakat yap s nda ba ka iyonlar da içerdi i takdirde renklenir, yakut (rubin) ve gökyakut (sa r) olarak bilinir. Aluminyum oksidinin amfoter özelli i vard r ayn öyle onun hidroksidi AI(OH) 3 in de amfoter özelli i vard r. Aluminyum hidroksit ile sülfürik asidinin tepkimesiyle aluminyum sulfat elde edilir, kristalhidrat eklinde bulunur, AI 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O. Aluminyumun ikili sulfatlar da vard r onlara potasyum ap denilir. Aluminyumun önemi ve kullan Aluminyum ve bile iklerinin geni kullan m alanlar vard r. Aluminyum ço u ala mlar n yap s na girer, onlardan en önemlisi duraluminyumdur. Bu ala m uçak, gemi ve otomobil endüstrisinde kullan l r. yi iletken oldu undan iletkenlerin yap m nda kullan l r. Ondan ve ala mlardan, mutfak ve endüstri kablar yap l r. Aluminyum folyosu da besinin korunmas n için kullan l r. Aluminyum in aatç l kta kap ve pencere çerçevelerinin yap m nda kullan l r. Aluminyum oksidin, renkli kristalleri yar de erli ta lar olarak kullan l rlar. Resim III.16. Aluminyum pro- lleri en çok kullan lan malzemelerdir. Resim III.17. Gökyakut (sa r) mavi renkte olan yar de erli ta t r, yakut (rubin) k rm z renkte, zümrüt (smaragd) ise ye- il renktedir. Asl nda her üç yar de erli ta korund (Al 2 O 3 ) mineralidir ama yap lar nda karakteristik rengi veren az miktarda kimi iyonlar içerirler. NE Ö REND N? 1. Aluminyum ile hidroklorür asidi aras ndaki tepkimenin denklemini yaz ve denkle tir. 2. Aluminyumun her dört halojen elementleri ile formülünü yaz. 3. Demirin, onun oksitlerinden indirgenmesi için aluminyum indirgen gibi kullan labilir mi? E er olur diyorsan o zaman Fe 2 O 3 ve l aras ndaki tepkimeyi yaz. ARA TIR! Magnalyum ad olan aluminyum ala m ile ilgili bilgi ara. K saca buldu un bilgiler hakk nda rapor haz rla. 44

45 III.1.5. BAKIR Cu S ra numaras : 29 A r = 63,55 Oksid say s T m = 1083 C = 8,9 g/cm 3 Bak r n Latince ismi Cuprum dur, (ondan dolay elementin sembolü de Cu dur). K br s tan anlam na gelir. Geçmi te, bak r sadece K br s adas nda kaz n rm. Bak r n asl nda insan n ilk kulland eski metallerden oldu u zannedilir. Tahminen, sadece alt n ve meteorit demiri bak rdan önce kullan lm t r. Bak r n bulunu u ve elde edilmesi Do ada, serbest halde bulunan nadir elementlerden biri bak rd r. Ondan dolay, insan n kullanmaya ba lad ilk metallerden biridir, ba ta metal gibi kullan rken daha sonralar (bropnz) ala m nda kullan lm t r. Bu ala m sayesinde insanl n bütün bir devri, broz devri ad n alm t r. ) kalkozit b) malahit Resim III.18. Bak r n madenleri Bak r yerkabu unda pek yayg n de ildir, fakat eksploatasyona ula ml d r. Belirli yerlerde, bak r konsantre edilmi tir. Bak r serbest halde bulunmaktan ba ka ço u minerallerde ve onlar n madenlerinde de farkl kimyasal yap da bulunur, daha do rusu onlardan da elde edilir. Onlardan en tan nm lar : kalkozit, kuprit, kalkopirit ve malahittir. Bu madenlerden elementer bak r n elde edilme yöntemleri farkl d r fakat maden tipine de ba l d r. Yap s nda her zaman alt n ve gümü içeren i lenmemi bak r elektroliz ile ayr r. Bak r n özellikleri Elementer bak r, k rm z -kahverengi renginde, metal parlakl olan dövülebilen bir metaldir. Çok ince bak r telleri elde edilebilir. S cakl ve elektri i çok iyi iletir. Bu özelli inden dolay, iletkenlerin yap m nda kullan l r. Bak r farkl ala mlar olu turur, onlardan en tan nm tunç(bronz)-bak r ve kalay ala m (mesing) ile pirinç-çinko ve bak r ala m d r. Alt n n kat l n artt rd için,alt na eklenir. Resim III.19. Bak r telleri Resim III.20. Pirinçten olu an makine parçalar ve bronz paralar 45

46 Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: Metallerden hangileri: demir, çinko, aluminyum ve gümü, gökta eriyi inden bak r ayr t rabilir. Gerekli gereç ve supstanslar: Dört deney tüpü (ya da küçük beher), gökta eriyi i ve demir,çinko, aluminyum ve gümü parçac klar (ya da kimi nesneler). Yöntem: 1 den 4 e kadar say larla belirleyece in küçük beher ya da tüplere gökta eriyi i koy. Her behere herhangi bir metal parças koy (veya metal nesne), metal nesnelerin yüzeyinde olu an ve eriyikte olu- an de i iklikleri gözlemle. a) gözlemlediklerini yaz ve sonuç ç kar. Yard m: Metallerin elektrokimya dizisinde bak r n nerede bulundu unu hat rla. b) Olu an tepkimelerin denklemlerini yaz. c) Metallerin yüzeyine çöken tabakan n rengi hakk nda ö retmenle tart ma yürütün. Bak r n önemi ve kullan Bak r, kimyasal aktiv olmayan elementtir. Oksijen gibi ametallerle tepkimeye girer, oksitler olu turur ve kükürtle tepkimeye giren sul dler olu turur. Hidroklorür asidiyle tepkimeye girmez. Nitrik asidi ve sülfürik asidiyle tepkimeye girer fakat hidrojen serbestle tirmez, azot oksitleri do rudan kükürt serbestle tirir. Bak r, bak r tuzlar n n eriyiklerinden, ço u metaller ayr t rabilirler. Bu da bak r n di er metallere k yasen daha kolay indirgenebildi indendir. Bu özelli i kimi metalden olu an nesnelerin bak rlanmas nda kullan l r. Bak r n daha önemli bile ikleri Bak r farkl bile ikler olu turur, onlarda genelde oksidasyon say s +2 dir fakat +1 de olabilir. Bak r, iki oksit olu turur: Cu 2 O, bak r (I) oksit ve CuO bak r (III) oksit. Bak r n oksitleri suda erimezler. Kuprit madeninde bulunan Cu 2 O, bak r n elde edilmesi için hammadde olarak kullan l r. Oksitlerden ba ka bak r iki hidroksit olu turur fakat daha önemli bak r (II) hidroksittir Cu(OH) 2. Bak r n tuzlar ndan en önemlisi CuSO 4 5H 2 O bak r (II) sulfat pentahidratt r. Gökta olarak bilinmektedir. Mavi renkte Kristal bir supstanst r, st l nca gökta suyunu kaybeder ve renksiz tuza dönü ür fakat havada durunca tekrar mavi renkli kristalohidrata dönü ür. Bak r n teknik önemi büyük olan metaldir. En büyük kullan m alan, elektrotekniktedir, tellerin, makaralar n v.b. yap m nda kullan l r. Onun, tunç (bronz) ve (mesing) pirinç ala mlar da çok kullan l r, kupronikel ala m ise dövülmü paralar n yap m nda kullan l r. Gökta eriyikleri de tar mc l kta, zarar vericilerden asmalar n korunmas nda kullan l r. Bu ve di er bak r tuzlar eriyikleri nesnelerin bak rlanmas nda kullan l r. Tüm biyolojik süreçlere kat ld için bak r önemli elementtir fakat bak r ve onun bile ikleri büyük miktarda zehirlidirler (toksiktirler). Resim III.21. Gökta 46

47 NE Ö REND N? 1. u bile iklerin formüllerini yaz: bak r (II) klorür, bak r (II) sul d, bak r (I) sul de ve bak r (II) nitrat. 2. Verilen supstanslar aras ndaki tepkimelerin denklemlerini yaz : a) bak r (II) oksit ve karbondioksit b) bak r ve klor 3. Bak r, Bak r tuzlar eriyiklerinden, alt n ayr t rabilir mi? Cevab n aç kla! ARA TIR! Gökta n n suyu kaybetti i sürecini (dehidratasyonu) ve tekrar hidratasyonunu gösteren deneyi gerçekle tir. Çal mak için plan yap! Gereç ve supstanslar haz rla! Deneyi gerçekle tir! KÜÇÜK HATIRLATICI Mineraller, yerkabu unda rastlanan Jeolojik süreçler esnas nda olu an samaddelerdir. Madenler, metallerin elde edilmesi için hammaddedirler. Elveri li (madde) supstans ve k s rdan olu mu tur. Metalin, madenden elde edilmesi u etaplarda gerçekle ir: hammaddelerin haz rlanmas, i lenmemi metalin elde edilme ve ra ne edilmesi. Metallerin ortak ziksel özellikleri unlard r: kat halde olmalar (sadece c va s v haldedir), metal parlakl, gümü ümsü,-beyaz veya gri renkte olmalar (bak r ve alt n hariç), elektri i ve s cakl iyi iletmeleri, mekanik i letilebilme yetene i. Metallerin ba l ca kimyasal özelli i onlar n kolayl kla elektron verebilmeleridir.. Ala mlar iki veya fazla metalden olu an kar mlard r. Olu tuklar metallerden farkl özellikleri vard r. Paslanma (korozyon) maddelerin sudan, havadaki oksijenden ve gazlardan zarar görmeleridir. Kalsiyum, kimyasal reaktiv metaldir. Büyük biyolojik önemi vard r. Bak r ve aluminyum büyük teknik önem ta yan metallerdir. 47

48 Do ada ametaller III.2. AMETALLER III.2.1. AMETALLER N BULUNU U VE ELDE ED LMES Metallere k yasen ametallerin say s daha azd r. E er elemetlerin periyodik cetveline (resim III.24) bakacak olursak bundan emin olabiliriz. Yine de, bunlar n ço u do ada elementer halde rastlanabilirler. Soludu umuz hava iki ametal azot ve oksijen kar m d r. nsano lunun kükürdü çok eski zamandan beri bilmesi, do ada ayn ad ta yan do al kükürt olarak elementer halde bulunmas ndand r. Resim III.22. Elementer kükürt kristalleri Elmas ve gra t ametal olan tek bir elementer karbondan olu urlar. Periyodik cetvelinde son grup elementleri olan soygazlar ametallerdir, do ada da serbest halde bulunurlar. Fakat ametaller do ada genellikle hem ametal hem de metallerle bulunurlar. Örnek olarak onsuz hayat n dü ünülemedi i supstans olan su, iki elementten hidrojen ve oksijen ametallerinden olu mu tur. Yerkabu unun %76 s n elementer halde bulunan ametaller ve onlar n bile ikleri olu turur. Az miktarda da olsa ametallerin bile ikleri havan n da yap s nda mevcuttur. Onlar da soluk verdi imiz karbon dioksit gibi farkl gazlard r. lerideki konularda kimi ametaller ve onlar n daha önemli bile ikleriyle tan aca z. Resim III. 23. Kremen a) kimyasal yap s silisyum dioksittir kuvars n da ayn kimyasal yap s vard r. b) Yerkabu unda en yayg n olan bu bile ik ametal olan oksijen ve yar metal olan silisyumdan olu mu tur. III.2.2. AMETALLER N ÖZELL KLER Ametallerin özellikleri metallerin özelliklerinden epeyce fark l d r. Metallerden farkl olarak ametaller oda s cakl nda her üç (agrega)halde bulunabilirler. Kat halde olanlar : karbon, kükürt, iyod ve fosfor, brom s v haldedir, oksijen, azot, hidrojen, klor v.b. gibi ametaller gaz halindedirler. En büyük sertli i olan elmas n d nda, kat halde olan tüm di er ametaller yumu akt rlar. Metallere k yasen ametallerin aras nda daha çok renk fark gösterirler. Örne in : kükürt sar, fosfor beyaz veya k rm z, klor ise ye ilimsisar d r. 48

49 Resim III.24. Metallerin say s ametallere k yasen daha çoktur. Metaller mavi, ametaller sar, yar metaller ise k rm z renk ile belirlenmi tir. Ametallerin di er ortak özelli i de s ve elektri i iletemez olmalar d r. Karbonun elementer supstans olan gra t ise elektri i iyi iletir. imdiye kadar sayd m z özellikler ziksel özelliklerdir. Fakat metallerde oldu- u gibi ametallerde de kimyasal özelliklere dayanarak, supstans n ametal oldu unu belirledi imiz için, kimyasal özelliklerin as l önemli oldu unu söyleyebiliriz. Ametallerin en önemli kimyasal özelliklerinden biri kolay elektron alabilme özelli idir. Bundan ba ka asit oksitleri de olu tururlar. Ametal ve metallerin özellikleri aras ndaki farklar daha aç k bir ekilde tabela III.2 de gösterilmi tir. Tabela III.2. Metal ve ametallerin kimi genel özellikleri aras ndaki farklar Metaller Kat (c va haricinde) Ba l ca kur uni (gri) ve gümü ümsü beyaz Metal parlakl klar var Ço unda büyüktür Ço u metallerde yüksektir Yüksek derecede Yüksek derecede Yüksek seviyede Özellik Hali Renk Parlakl k Yo unluk Sertlik Erime noktas (derecesi) Elektrik iletkenli i Is iletkenli i 49 Ametaller Kat, s v, gaz Renkleri farkl d r fakat renksiz olan da var Parlakl klar yoktur Küçük yo unluk (elmas hariç) Dü ük sertlik derecesi (elmas hariç) Ço unda alçakt r Dü ük seviyede (gra t hariç) Dü ük seviyede

50 III.2.3. OKS JEN O S ra numaras : 80 A r = 15,99 Oksid say s -2 T m = -219 C T 6 = -183 C = 1,55 g/cm 3 Oksijenin bulunu u ve elde edilmesi Resim III.25. Oksijeni 1774 y l nda Cozef Pristli ke fetmi tir. Oksijen evrende yayg nl bak m ndan üçüncü s rada yer al r (hidrojen ve helyumdan sonra), yerkabu unda ise en yayg n elementtir. Atmosferde elementer halde %21 oran ndad r. Bile ik halde en çok suda, sondan sonra da yerkabu unda bulunan farkl minerallerde en çok aluminosilikat ve karbonatlarda bulunur. Onlar n aras nda da en yayg n CaCO 3 t r. Canl organizmalar n yap s na giren ço u bile iklerde de oksijen vard r. Do ada oksijen, iki atomlu molekülden O 2 olu an, elementer susptans oksijen (dioksijen) olarak ve üç atomlu molekülden olu an formulu O 3, elementer supstans ozon (trioksijen) olarak bulunur. Bir elementin iki veya fazla elementer supstans n yap s nda bulunmas olay na allotropi, elementer supstanslara ise allotroplar denir. Demek ki, dioksijen ve ozon oksijen elementinin allotroplar d r ve farkl özellikleri vard r. Dünyan n on kilometre uzakl nda ozon tabakas bulunur, dünyay zararl ultraviole nlar ndan korur. Ozon do ada gürleme esnas nda olu ur. Ya murdan sonra, havada olu an ozondan dolay ferrahl k hissedilir. Endüstride oksijen s v havan n ayr msal dam t m yla veya suyun elektoliziyle elde edilir. Laboratuvarda, oksijenin elde edilmesi, oksijenle zengin olan (oksitler ve tuzlar) bile iklerin örne in KClO 3, KM n O 4 v.b. ayr mas yla gerçekle ir. E er s radaki deneyi gerçekle tirirsek onu yoklayabiliriz. Resim III.26. Oksijen ve ozon moleküllerinin modelleri 50

51 Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: Oksijenin laboratuvarda elde edilmesi (iki grupta çal n) Gerekli gereç ve supstanslar: Spor, tüpler, t palar, k vr k boru, su ile cam tekne, oduncuk, ispirto lambas, kronometre, KClO 3, MnO 2. Yöntem: Resimde gösterildi i gibi gaz n su alt nda toplanmas için düzene i kurun. Supstans n konuldu u tüp spora s k ca tutturulur ve k vr lm boru ya da hortum yard m yla su dolu kab n içine konulmu kavanozcuk ile ba lan r. Tüpe az c k MnO 2 ile kar t r lm KClO 3 konulur. Dikkatle s t n ve ne oldu- unu gözlemleyin! lk kabarc klar n ç kmas na kadar zaman ölçün. Tüpün a z na korlu oduncu u yakla t r n. Ne fark ediyorsunuz? Serbestlenen gaz ile üç kavanozcu u doldurun. kinci grup ayn ekilde MnO 2 eklemeden çal r. Gerçekle tirilen deneyden görüldü ü gibi korlu oduncuk tüpten ç kan gazdan alevlenir ve yanar. Supstanslar n yanmas n sa layan gaz oksijendir, demek ki tepkime esnas nda oksijen serbestle ir. Potasyum klorat n ayr ma tepkimesini u denklemle gösterebiliriz: 2KCIO 3 = 2KCI + 3O 2 Potasyum klorat n ayr mas için uzun zaman s t lmas gerekir. E er tepkime mangan (IV) oksit MnO 2 sayesinde gerçekle irse tepkime daha h zl akar. Demek mangan (IV) oksit tepkimeyi h zland r r. Bir tepkimeyi h zland ran supstanslara katalizörler denir, tepkimeye ise katalitik tepkime denir. Katalizör, onun eksikli inde de gerçekle ebilen tepkimeleri h zland r r. Yukar da yaz lan kimyasal denklemde katalizörün formülü yaz lmam t r. Katalizör kat ld tepkimeyi h zland r r sonunda da kimyasal de i ime u ramaz. Ondan dolay kimyasal denklemde onun formülü yaz lmaz. Oksijenin özellikleri Oksijen renksiz, kokusuz bir gazd r. Suda az erir, fakat yine de sudaki ya am n sürdürülmesi için yeterlidir. Oksijen, so utulunca ve bas nç alt nda s v hale dönü ür. S v oksijenin mavimsi rengi vard r. Oksijen çok reaktiv elementtir ve çok say da bile ik olu turur. Supstanslar n oksijenle birle me tepkimesi art k bildi in kadar yla redoks sürecidir, bu süreçte oksijenle ba lanan supstans oksitlenir. Bu sürece yanma denir. Yanma yerine bazen h zl oksidasyon terimi de kullan l r çünkü tepkime farkedilecek bir ekilde k ve s cakl k saçarak çok h zl geli ir. Ayn supstanslar n temiz (saf) oksijende yanmas s ras nda alev daha iddetlidir. 51

52 Bizim küçük laboratuvar m z: Ödev: Demirin, kükürtün ve karbonun havada yanmalar ve saf oksijende yanmalar aras nda fark var m d r? Gerekli gereç ve supstanslar: Oksijenle dolu üç kavanozcuk (önceki deneyden), yakma ka, ispirto lambas ve demir teli, kükürt ve karbon tozu. Yöntem: Oksijenle dolu birinci kavanozcu a yakma ka yla yanan kükürt, ikincisine e rilmi demir teli ve üçüncüsüne karbon konulur. Ne farkediyorsun? Demirin, kükürdün ve karbonun oksijende yanma tepkimelerini kimyasal denklemle göster. S, Fe ve C un yanma tepkimeleri a a daki kimyasal denklemlerle gösterilmi tir: S + 2 = 2 4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3 C + O 2 = CO 2 Oksijenle ba lanma di er süreçler esnas nda da olur, örne in metallerin paslanmas ya da organizmalarda soluk alma sürecinde besleyici supstanslar n yanmas s ras nda. Bu tepkimeler yava gerçekle ti i için yava oksidasyon terimi kullan l r. Resim III.27. Çürüme esnas nda oksidasyon süreci gerçekle ir. Oksijenin bile ikleri Oksijen çok say da bile ikler olu turur. Bile iklerin aras nda en önemlileri oksitlerdir. Tüm elementlerle oksitler olu turur, sadece ü- or ve soygazlar yla olu turmaz (ksenon hariç). Onun en önemli oksidi sudur. Oksijen tüm oksijenli anorganik asitlerin ve onlar n tuzlar n n yap s na fakat hidroksitlerin de yap s na girer. Oksijen, hidrojen peroksit de olu turur (H 2 O 2 ), onda da suda oldu u gibi hidrojenle ba l d r. Fakat bu bile ik asittir. lerideki ba l klarda da görebilece in gibi, oksijen çok say da organik bile iklerin de yap s na girer. Oksijenin önemi ve kullan Resim III.28. Hidrojen peroksit molekülünün modeli Oksijen, tüm canl organizmalar için en önemli elementtir. Elementer olarak solunum süreci oksijensiz gerçekle emez, onun bile iklerinden en önemlisi sudur. nsan vücudunun %60-%70 ni olu turur. Oksijeni havan n yüksek tabakalar nda uçan pilotlar ayn zamanda denizlerin derinliklerinde dalan dalg çlar kullan rlar. Ço u kez t pta, insan hayat n n kurtulmas için oksijen kullan l r. 52

53 Supstanslar n, saf oksijende yanmalar s ras nda büyük miktarda s cakl k elde edilir. Oksijenin bu özelli i kaynak yapma ve metal kesme tekni inde kullan l r. Ondan ba ka çelik elde etmek için, oksidasyonu kontrol edilmi farkl kimyasallar n elde edilmesinde, supstanslar n yand s rada s cakl n elde edilmesi gerekti i yerlerde, t bbi amaçlar için v.b. Röketlerde, yanma sürecini destekler. Hidrojen peroksit ve onun tuzlar, beyazlat c ve antiseptik olarak kullan l r. Resim III. 28. Roketlerin yükseli s ras nda kerozinle tepkimede yakla k olarak 1400 ton s v oksijen harcan r. NE Ö REND N? 1. Verilen supstanslardan oksijenin elde edilmesini kimyasal denklemler ile göster: ) su b) HgO 2. Metallerin, havada yanmas ve saf oksijende yanmas s ras nda olu an de i ik likler aras ndaki farklar aç kla. Her iki durumda da ayn ürünler elde edilecek mi? 3. Çinko ile aluminyumun oksijende yanma tepkimelerini yaz. 4. Oksijen, metaller ve ametallerle tepkimeye girer böylece farkl oksitler olu turur. S radaki oksitleri metal ve ametal olarak s n and r: Na 2 0, MgO, P 2 O 5, PbO 2, N 2 O 5, Cu 2 O, MnO 2, NO, Cr 2 O 3 CO, HgO, Neden SU oksitler grubuna girer! ARA TIR! Oksijen, ayn elementlerden olu an hidrojen ve oksijenden iki bile ik olu turur. Onlarda su ve hidrojen peroksittir. Bu iki bile ik hakk nda bilgi ara, onlar n bulunu u, elde edili i, özellikleri ve onlar n özellikleri, önemi ve kullan m aras ndaki ba lant yla ilgili bilgi ara. Prezentasyon-sunum için malzemeyi haz rlay n z. - Suyun kirlili i ile ilgili ara t rma yap n z. Prezentasyonlar -sunumlar haz rlay n z, sonradan suyun kirlili i ve do al sular n kirlilikten korunma yöntemleri hakk nda tart n. 53

54 III.2.4. H DROJEN H S ra numaras : 1 A r = 1,08 Oksid say s +1 T m = 259 C T 6 = C = 0, g/cm 3 Hidrojeni, 1766 y l nda, k zg n demir ile su buhar n n tepkimesi s ras nda Henri Kevendi ke fetmi tir. Ad su do uran anlam na gelen, Yunan sözleri, hidro (su) ve genes (do uran) ten türemi tir. Resim III.28 Henri Kevendi Bizim küçük laboratuvar mz Ödev: Hidrojenin elde edilmesi Gereken gereç ve supstanslar : Spor, deney tüpleri, t palar, k vr k boru, su ile dolu cam tekne (veya ba ka kab), kibrit, çinko tanecikleri ve seyreltik hidroklorür asidi. Yöntem: Su alt nda gaz n toplanmas için düzenek kur (içine supstans n konuldu u tüpü, spora tuttur ve k vr lm boru yard m yla su ile dolu olan kab n içine bat r lan di er deney tüpü ile ba la. Tüpe, birkaç çinko taneci i ve deri ik hidroklorür asid eriyi i koy. Ne farkediyorsun? Serbestlenen gaz, su alt nda birkaç tüpte topla. Gazla dolu olan deney tüplerini t pa ile kapat. Hidrojenin bulunu u ve elde edilmesi Hidrojen tüm gazlardan daha ha ftir ve ondan dolay az miktarda da olsa serbest halde atmosferin yüksek tabakalar nda bulunur. Uzayda en çok bulunan elementtir. Yerkürede, ço u bile iklerde bulunur örne in suda, ayn öyle bitkisel ve hayvansal organizmalarda da bulunur. Endüstride kullanlan hidrojen büyük miktarda petrol ve yeralt gaz nda bulunan hidrokarbonlar n ayr mas yla elde edilir. Genellikle metan CH 4 bile i- inin su buhar ile olan tepkimesinden elde edilir. CH 4 + H 2 O = CO + 2 Hidrojen, suyun elektrolizi ile de elde edilebilir. Laboratuvarda hidrojen, metallerin (örne in: çinko veya demirin) seyreltik hidroklorür ya da sül rik asidiyle tepkimeye girmsiyle elde edilir. 54

55 Çinkonun, seyreltik sül rik asidi ile gerçekle en tepkimesi u denklem ile gösterilebilir. Zn + H 2 SO 4 = ZnSO Sodyum veya potasyumun su ile tepkimesinden de hidrojen ayr abilir : 2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: hidrojen özelliklerini ara t r Gerekli araç ve supstanslar: Önceki deneyden hidrojen ile dolu üç deney tüpü, kibritçik. Yöntem: gazla dolu bir deney tüpünü içinden cam çubu u geçen t pa ile kapat. Cam çubu unun a z na yanan kibritçi i yakla t r. Ne oluyor? Hidrojenle dolu olan deney tüplerinden birinin a z n yukar ya do ru di erinin ise a a ya do ru çevir ve her deney tüpüne yanan oduncuk yakla t r. De i iklikleri aç kla, olu an tepkimeleri ise kimyasal denklemler ile göster. Hat rla: Hidrojenin de elde edildi i, kimi metalin, seyreltik asid ile tepkimeye girip giremeyece i neye ba l d r. Hidrojenin Özellikleri Gerçekle tirdi imiz deneyde hidrojenle dolu olan deney tüpünü dikkatle gözlemlersen hidrojenin renksiz ve kokusuz gaz oldu unu fark edeceksin. Sadece, a z yukar do ru olan tüpteki gaz n yanmas, hidrojenin havadan daha yenlik oldu unu ve su alt nda toplayabilmemiz onun suda erimedi ini gösterir. Gerçekle tirdi imiz deneylerden gördük ki, hidrojen havada yak l nca yanar. Saf hidrojen mavimsi bir alevle patlamadan yanar. Fakat, iki hac m hidrojen ve bir hac m oksijenden olu an kar m yan nca patlay c d r ve gürleyen gaz ad ile bilinir. Yanma s ras nda hidrojen, oksijen ile ba lan r ve suyu olu turur. 2H 2 + O 2 = 2H 2 O Hidrojen, sadece serbest halde bulunan oksijenle de il, bile ik halde olan oksijenle de ba lanabilir. Örne in s t lm bak r (II) oksidin üzerinden hidrojen iletilince bak r elde edilir. Bu tür yükseltgenme-indirgenme tepkimelerinde, oksitteki metal, elementer hale kadar indirgenir. Demek oluyor ki, hidrojen metal oksitlerden kimi metalleri indirgeyebilir. Ondan dolay hidrojen indirgenir deriz. Hidrojenin bile ikleri CuO + H 2 = Cu + H 2 O Hidrojen, büyük say da bile ikler olu turur. Neredeyse tüm organik ve biyolojik önemli bile iklerin yap s na girdi inden dolay canl dünya için önemlidir. Tüm bile iklerinden en önemlisi tabi ki sudur. Sudan ba ka, hidrojen tüm anorganik asitlerin, hidroksitlerin ve baz tuzlar n da yap s na girer. 55

56 Hidrojen (iki elementten olu an) hem metal hem de ametallerle binar bile ikler olu turur. Bu tür bile iklerden en önemlisi amonyakt r, NH 3. Amonyak, endüstri süreçlerinin ço unda kullan l r. Hidrojenin binar bile iklerine hidridler denir. Hidrojenin önemi ve kullan Hidrojenin, oksijende yanmas s ras nda büyük miktarda s cakl k serbestlendi inden dolay hidrojen, metallerde, kesmede ve lehimlemede kullan ld gibi roketlerde de yak t olarak kullan l r. Endüstride s tma için kullan lan öyle denilen su gaz yap s na girer. Hidrojen besin endüstrisinde bitkisel ya lardan, margarinin elde edilmesinde, kimya endüstrisinde de sentetik benzinin, amonya n, hidroklorür asidinin v.b. bile iklerin elde edilmesinde kullan l r. Hidrojen, indirgen olarak da kullan l r. Hidrojen, organik bile iklerin ço unun ve önemli biyobile iklerin yap s na giren temel elementlerden biridir. NE Ö REND N? 1. Neden evrende tüm elementlerden en çok hidrojenin bulundu unu aç kla. 2. Verilen supstanslar n tepkimesinden hidrojenin elde edilime denklemini yaz: ) çinko ve seyreltik HCI b) demir ve seyreltik H 2 SO 4 3. Metallerin elektrokimya dizisini göz önünde bulundurarak, hidrojenin metal tuzlar nda indirgeyebilece i birkaç metal say n z. 4. Verilen tepkimelerin ürünlerini yaz a) Cl 2 + H 2 b) H 2 + N 2 5. Hidrojenin, astrokimyada kullan n n sebebi nedir? ARA TIR! Hidrojenin, havadan daha yenlik oldu unu verilen gereç ve malzemelerle göster. Gerekli olan sadece: meyve suyu i esi, çocuk balonu, iplik, çinko tanecikleri ve seyreltik hidroklorür asidi. Asid ile dikkatli çal! Ba ar yla çözümlenen ödevin kan t n herkes görmeli. 56

57 III.2.5. KARBON C S ra numaras : 6 A r = 12,01 Oksid say s +4 T m = 3652 C = 2,27 g/cm 3 Karbonun ad Latince carbo dan türemi tir ve kömür anlam na gelir. Kömür, hemen de saf amorf karbondur. Karbonun, amorf karbondan ba ka allotroplar da vard r: gra t, elmas gibi, son zamanlarda ise fullerenler ve nanotüpler olarak bilinen yeni allotroplar ke fedilmi tir. Karbonun bulunu u ve allotroplar Do ada saf halde karbonun çok allotroplar vard r. En tan nm lar elmas ve gra ttir. Elmas, aralar nda güçlü çekme kuvvetleriyle ba l olan ve düzgün yap ya sahip olan karbon atomlar ndan olu mu tur. Böyle yap ya sahip oldu undan dolay elmas çok sert maddedir ve elektri i iletmez. Do al elmaslar, saydam (berrak) ve saydam olmayan (siyah) olabilirler. Do al elmaslar n i lenmesiyle de erli ta lar gibi kullan lan güzel kristaller elde edilir. Sertli inden dolay elmaslar, delmek için kullan lan cisimlerin doruklar n n yap m nda kullan l r. Resim III.30. Elmas n strüktürü Resim III.31. Gra tin strüktürü Gra t, ayni öyle birbirine ba l olan fakat elmastan farkl bir düzende olan karbon atomlar ndan yap lm t r. Gra tte, karbon atomlar tabakalar olu turur. Tabakalar aras ndaki ba zay f oldu undan gra tin sertli i azd r, parçalanabilir ve ka tta iz b rakabilir. Elektri i iletti inden dolay elektrodlar n yap m nda kullan l r. Fiziksel özelliklerine göre öyle görünmüyorsa da gra tin, karbonun daha stabil allotropu oldu unu belirtmeliyiz. 57

58 Amorf karbon karbonun di er allotropudur, di er supstanslarla kar m halindeyken kömürde ve kurumlarda bulunur. Karbonun pek bilinmeyen fakat di erleri kadar önemli olan ba ka allatroplar da ke fedilmi tir. Fullerenlerin ve karbon nanotüplerinin ke fedilmesi bilimde ve teknolojide, nanokimya ve nanoteknoloji denilen bölümlerin aç lmas na neden olmu tur. Resim III.32. Fullerenlerin strüktürü Elementer halde bulunmaktan ba ka, karbon havan n yap s nda karbondioksit olarak mevcuttur. Havan n yap s nda bulunan karbondioksidin sabit kalmas,solunumdan ve yanma ile elde edilen karbondioksidin bir taraftan fotosentez olay nda absorbe edilen karbondioksidin,di er taraftan da dengele menin sonucudur. Ba l halde karbon daha sonra söz konusu olacak olan tüm organik bile iklerin yap s nda bulunur. O bile ikler, petrolün ve yeralt gaz n n yap s na fakat ayn öyle tüm canl organizmalar n yap s na da girer. Burada sadece organik olmayan karbon bile iklerinden söz edilecektir. III.2.6. KARBONUN B LE KLER Karbon iki çe it bile ik olu turur, anorganik ve organik. Organik olanlar n say s çoktur ve onlar kimyan n özel dal olan organik kimya taraf ndan ara t r l r. Karbon monoksid, karbon dioksid, karbon asidi ve di erleri anorganik kimyan n ara t rd bile iklerin bölümüdür. Karbonun oksitleri Oksijen miktar na ba l olarak karbonun yanmas esnas nda Karbon monoksit CO ve Karbon dioksit 2 olarak iki farkl oksid elde edilebilir. Tabela III.3. Karbon oksitlerinin kimi özelliklerinin k yaslanmas Karbon monoksid Gaz Kokusuz Renksiz Yanar, CO 2 elde edilir Güçlü zehirdir Özellik Hal (agrega) Koku Renk Yanma Zehirlilik 58 Gaz Kokusuz Renksiz Yanmaz Karbon dioksid Zehirli de ildir, Karbon dioksid atmoseferinde oksijenin olmad ndan dolay bo ulma meydana gelir.

59 Tabeladan görüldü ü gibi, karbonun az miktarda oksijenle yanmas ndan karbon monoksid olu ur. Renksiz, kokusuz bir gazd r. Güçlü zehirdir çünkü solundu unda kanda, hemoglobindeki demirle ba lan p, çok sabit bir bile ik olu turur.bu özelli i, ço u kez otomobilde veya kat yak t f r nlar n yak nl nda meydana gelen ölümlerin sebebidir. Yanmayla karbon monoksid, karbon diokside dönü ür = 2 2 Resim III.33. Tütün duman nda çok say da zehirli supstans bulunur. Sigara içmek, ba ml l k hastal d r fakat ço u hastal klar n da sebebidir. Karbon monoksid, oksid madenlerinden metallerin elde edilmesinde indirgen olarak kullan l r, öyleki oksitteki oksijeni al p karbon diokside dönü ür. Gaz halindeki yak tlar n yap s na girer örne in su gaz ve jeneratör gaz olarak da adland r l r. Karbon dioksid ve Karbon asidi Atmoseferde az miktarda karbon dioksid vard r. nsanlar ve hayvanlar karbon dioksidi solunum süreci esnas nda serbestle tirirler. Bitkiler havadaki karbon dioksidi kullan p organik maddelere dönü türürler, sonra da insan ve hayvanlar n kulland oksijeni serbest ederler. Bu olay daima sürmektedir ve dünyadaki ya am n sürmesi için temel olayd r. Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: Karbon dioksidin elde edilmesi Yöntem: a) Yumurta kabu unun üzerine biraz sirke damlat b) Bir parça tebe irin üzerine limon suyu damlat n A z daha geni olan bir i e içine tebe ir tozu koy ve biraz seyreltik hidroklorür asidi ekle. i eyi t pa ile ha fçe kapat. Bir süre sonra ne olacak? i enin içine yanan kibritçik koy. Onunla ne olacak? Neler oldu unu yaz. De i iklikleri aç kla. Karbonun yeterli miktarda oksijende yanmas yla karbon dioksid elde edilir. Ayn öyle karbonatlar ile asitlerin tepkimesinden de elde edilir. Örne in, CaCO 3 + 2HCI = CaCl 2 + CO 2 +H2O Karbon dioksid renksiz ve kokusuz bir gazd r. Havadan daha a rd r, kendisi yanmaz ayn zamanda onun bulundu u yerde di er supstanlar da yanmaz. Karbon dioksidin bu özelli inden dolay yang nlar n söndürülmesinde kullan l r. Karbon dioksid suda az erir ve su ile tepkimeye girince karbonik asidi H 2 CO 3 elde edilir. CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 59

60 Karbonik asidi sabit de ildir ve su ile karbon diokside ayr r. Bundan dolay karbon dioksit içeceklerin gazland r lmas için kullan l r. Bildi in gibi, karbon asidinin tuzlar karbonatlar olarak adland r l rlar. Bunlar n ço u suda zor eriyen supstanslar oldu u için suyun kireçlenmesine neden olan supstanslar n aras nda yer al rlar. Karbon dioksidin, metal oksitler veya hidrokistler ile tepkimeye girmesiyle karbonatlar olu urlar. Öyleki, e er karbon dioksid kireç suyuna Ca(OH) 2 konulursa, olu an CaCO 3 ten beyaz bulant olu ur. Bu tepkime karbon dioksidin varl n n kan tlanmas nda kullan l r. NE Ö REND N? 1. Neden elmas ve gra tin farkl özellikleri vard r? 2. Öyle denilen sera etkisi yaratan, onunla birlikte küresel s nman n da sebebi olan gaz halindeki supstans hangisidir? 3. Birka alkali ve yeralkali karbonatlar n n formulünü yaz. 4. Magnezyum karbonat n piroliz tepkimesinin denklemini yaz. 5. Karbon dioksid ve kalsiyum hidroksidin tepkimesinin denklemini yaz. ARA TIR! Ödev 1. Do ada farkl çe it kömür vard r. nternet veya di er bilgi kaynaklar ndan, kömürün do ada olu umu, kömürün kalitesi v.b. ile ilgili bilgiler aray n. Toplad n z malzemeleri sistematize edin ve ö renin, sonra da prezentasyona-sunuma uygun ekilde haz rlay n. Ödev 2: (birkaç grupta çal n) verilen mazlemeden, yang n söndürme ayg t yap n z. E er yang n -yanan mumu söndürebilirseniz, o zaman ödevi ba ar yla çözdü ünüz say lacakt r. u gereç ve supstanslar verilmi tir: kapakl plastik i e, küçük deney tüpü, plastik kam, makas, selobant, sak z, sodyum bikarbonat ve sirke. Grubunuzda ödevi nas l çözece inizi dü ünün, kir yürütün ara t r n v.b. Çal mak için plan yap n ve aran zda ödevleri ay r n. Yang n söndürme ayg t n z yap n, sonra da yang n söndürün! 60

61 KÜÇÜK HATIRLATICI Do ada, ametaller her üç halde rastlanabilir. Ametallerin ba l ca kimyasal özelli i kolay elektron alabilmeleridir. Oksijen, solunumu sa layan havadaki gazd r. Kendisi yanmaz fakat yakmak için gereklidir. Oksijen, s v havan n ayr msal dam t m yla, suyun elektroliziyle ve oksijenle zengin olan bile iklerin ayr mas yla elde edilir. Katalizörler, kimyasal tepkimeleri h zland ran supstanslard r. Elementer supstanslar oksijende yanarlar, onunla birle ip oksitleri olu tururlar. Elementer supstanslar n oksijenle birle mesi tepkimesine oksidasyon denir. Kimi element ve oksijenden olu an bile iklere oksid denir. Hidrojen indirgendir. Saf karbon do ada farkl allotroplarda bulunur. En tan nm olanlar elmas ve gra ttir. Elmas serttir ve elektri i iletmez. Gra t yumu akt r ve elektri i iletir. Karbon monoksid, karbonun yetersiz miktarda oksijende yanmas yla elde edilir. Zehirlidir. Karbon dioksid renksiz, kokusuz bir gazd r, yanmaz ve kendisinde bulunan supstanslar da yanmaz. Karbon asidi ha f sabit olmayan asittir, karbon dioksid ve suya ayr r. 61

62 IV. ORGAN K K MYAYA G R Biliyor musun ki... Dünyada y lda birkaç yüz bin bile ik sentezlenir. Onlardan baz lar tamam yla yenidir, baz lar do ada bulunur fakat kimyagerler onlar laboratuvarda sentezlemeye çal rlar. Öyleki, örne in kimyagerler canl organizmada bulunan çok say daki vitaminleri, hormonlar, albuminleri v.b. sentezlemeyi ba ard klar gibi do ada bulunmayan baz ilaçlar, plastik maddeleri, dokumalar v.b supstanslar da sentezlemeyi ba arm lard r. Bunlar yüzy llar boyunca biriken insan bilgisinin ve tecrübesinin eseridir. Bu bile iklerin en büyük bölümü öyle denilen organik bile iklerdir ve genelde sentezleri uzun süreli ve zordur ( güçtür ). Yine de her ey basit ama as rl k olan sentezle ba lad, bilimde de yeni bir bölümün aç lmas na neden oldu. O hangi sentezdir ve hangi bölümdür? Kavramlar Organik bile ikler Homoloji zomeri Hidrokarbonlar Supstitusyon Adisyon Polimerizasyon ( polimerle me ) 62

63 Organik kimyan n ba lang çlar IV.1. ORGAN K K MYAYA G R Önceki konuda gördük ki metalleri, mineralleri, madenleri ve di er anorganik supstanslar, insano lu daha eski zamandan beri bilirmi. M.Ö y l nda insanlar nesne ve silah yap m nda kullanacaklar metali elde etmek için madenleri eritirlermi. Fakat bundan mada ekmek pi irirler, meyvelerden arap, sirke,me rubat veya meyve sular üretirlermi. Baz bitkiler veya böceklerden elde edilen supstanslar n yard m yla bitkisel li- eri boyarlarm. Baz bitkilerden kokulu ya lar üretirlermi, baz bitkilerle ise farkl hastal klardan ilaçlan rlarm. Resim IV.1.Eski imyac lar felsefe ta pe indeyken ço u yeni fakat organik olmayan bile ikler ke fetmi lerdir. Yinde de on sekizinci yüzy l n sonuna kadar kimyac lar n sentezlemeyi ba ard klar supstanslar n tümü mineral kökenliymi. Kimyagerler, bitkisel ve hayvan kökenli baz supstanslar bulabilirler fakat mineral kökenli supstanslarla sentezleyemezlermi. Bundan dolay supstanslar n ay r m yap lm cans z do adan olanlar anorganik, canl do ada bulunanlar ise organik olarak adland rm lard r. Resim IV.2. Fridrih Veler, Canl güç teorisini ortadan kald rm t r. Birçok kimyager canl organizmada bulunan baz bile i in elde edilmesi için, sadece canl organizmalarda bulunan Canl güç (vis vitalis) denilen kuvvetin gerekli oldu unu dü ünürlermi ve onun için onlar organik bile ikler olarak adland rm lard r. Bu dü ünce ö.d. Vitalis teorisinin temelini olu turur. Supstanslar n ilk ayr m da bu teoriye göre yap lm t r. Anorganik bile iklerin organik bile iklerden çok say da özelliklerle farkl oldu undan dolay bu teori uzun zaman kabul görmü tür y l nda Alman bilim adam Fridrih Veler in (Friedrich Wöehler) anorganik bile i i olan amonyum siyanat s tmas yla karba midi (üre) elde etmesiyle Vitalis teorisi son bulmu tur. Öyleki insan tarihinde ilk kez, anorganik supstanstan o zamana kadar sadece canl organizmalarla olu abilen bile- ik elde edilmi tir. Bu asl nda insan tarihinde devrim yaratan ke i erden biridir çünkü o zamandan çok tan nan organik supstanslar sentezlenmeye ba lanm t r. Fakat ayn zamanda yepyeni, bilinmeyen supstanslar n da elde edilmesine ba lanm t r. Organik bile ikler kavram n n bugünkü anlam 63

64 Organik bile ikler kavram n n bugünkü anlam Veler in karbamidi sentezlemesiyle Vitalis teorisi son bulmu fakat yine de bile iklerin anorganik veya organik bile ikler olarak ay r m kalm ve hala kullan mdad r. Asl nda bile iklerin anorganik ve organik olarak ay r m onlar n yap s na göre yap lm t r. Do rusu tüm organik bile iklerde karbon mevcuttur. Onun için diyebiliriz ki organik bile ikler karbon bile ikleridir (onun oksitleri, karbon asidi ve onun tuzlar siyanidler ve az say da di er bile ikler hariç). Organik bile iklerin yap s na hangi elementlerin girdi ini kan tlamak için s radaki deneyi gerçekle tirece iz: Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: Karbon, hidrojen ve oksijenin organik bile iklerde varl n kan tlay n z. Gerekli araç ve supstanslar: Pamuk, eker, deney tüpleri ve ispirto lambas. Yöntem: ayr tüplere eker ve pamuk koyup s t. - Olu an de i iklikleri gözlemle - Tüpte kalan supstans hangisidir? - Tüpün so uk duvarlar ndaki damlalar nedir? - Bu supstanslar n hangi elementlerden olu tu unu bilebilir misin? Gerçekle tirdi imiz deneyden görebiliriz ki eker ve pamuk s t l nca ayr rlar, öyleki tüpün duvar na su damlalar ayr r, kalan k s m ise siyah renktedir. Tüpte kalan supstans, karbondur. Demek ki, ekerin ve pamu un yap s nda karbon, hidrojen ve oksijen elementleri bulunur. Çok say da di er organik bile iklerde de durum ayn d r. Tüm organik bile iklerde karbon bulunur, onlar n ço unda hidrojen de bulunmaktad r. Organik bile iklerinde ço u kez oksijen, azot, kükürt, fosfor ve halojen elementler de bulunur. Organik bile iklerin say s büyüktür ve anorganik bile iklerin say s n epeyce geride b rakmaktad r. Bugün y lda yeni organik bile ik sentezlenmektedir. Bu sebepten dolay organik bile ikler di er bile iklerden ayr olarak organik kimya gibi bilinen disiplin dal nda ö renilirler. Organik bile iklerin yap s n, strüktürünü, özelliklerini ve sentezini ö reten (ara t ran) kimya bölümüne organik kimya denir. Organik bile iklerin ve bilim olarak organik kimyan n insan n ça da ya am ndaki önemi büyüktür. nsan n hayat plastik malzemeler, sentetik li er, boyalar, cilalar, eriticiler v.b. gibi supstans z dü ünülemez. Organik kimyaya dayanan endüstrü dal na organik endüstrisi denir. Biokimya, eczac l k ile t p kimyasi ve biokimya ayn öyle moleküler biyoloji gibi önemli bilim dallar n n temeli organik kimyaya dayan r. 64

65 IV.2. ORGAN K B LE KLER N AYRILMASI VE TEMS L ED LD KLER FORMÜLLER Organik bile iklerin ayr lmas Çok say da organik bile iklerin olmas ve onlar n özel özelliklerinin olmas, karbon atomunun yap s na ve olu turdu u kimyasal ba lara borçludur. Elementlerin peryodik cetvelinde karbon dördüncü grupta yer al r, demek ki 4 de erlik (valans) elektronu vard r. Bu dört elektron, dört kovalent ba n olu mas nda yer al r ondan dolay karbon, organik bile iklerinde her zaman dört valansl d r. Karbon atomlar sadece di er elementlerin atomlar yla de il, kendi aralar nda da tek, ikili ve üçlü ba la ba lanabildikleri gibi di er elementlerle de ba lanabilme imkan na sahiptirler. Karbon atomlar aralar nda farkl ekillerde ba lanabilirler: aç k diziler halinde (uzun dallanmam veya dallanm ) veya kapal diziler halinde. Organik bile ikleri çok say da oldu undan dolay daha iyi ö renilmesi için grupla t r l rlar. Grupla t rma farkl ekillerde yap labilir fakat genelde onlar u kriterlere göre grupla t r r z: bile i in yap s ; karbon dizinin strüktürü; fonksiyonel grup. Yap s na göre ayr lma Organik bile iklerin yap s nda bulunan elementlere göre: hidrokarbonlar, oksijenli, azotlu ve ba ka olarak ayr l rlar. Bu çe it ayr m a a daki tabelada görebilirsin. Tabela IV.1. Organik bile iklerin ayr lmas Bile ikler Hidrokarbonlar Oksijenli organik bile ikler Azotlu organik bile ikler Kükürtlü organik bile ikler Halojen elementli bile ikler Yap s C, H C, H, O C, H, N C, H, S C, H, X - halojen Karbon dizisinin strüktürüne göre ayr lma Karbon atomlar n n ba land klar dizilere göre bile ikler: aç k dizili do rusu asiklik bile ikler ve siklik bile ikler do rusu kapal dizili bile ikler olabilirler. 65

66 Örnek 1. Aç k karbon dizileri (asiklik) Dallanmam karbon dizisi Kapal karbon dizileri (siklik) Dallanm karbon dizileri Fonksiyonel grubuna göre ayr lma Ço u organik bile iklerin özellikleri içerdikleri atom veya atom gruplar na ba l d r. Organik bile iklerin özelliklerinin ba l oldu u atom veya atom gruplar na fonksiyonel gruplar denir. Öyleki, örne in alkoller OH (hidroksil grubunu) grubu içerir, bu grubun bulunmas ndan dolay tüm alkollerin baz ortak özellikleri vard r. Ondan dolay organik bile iklerin grupla t r lmas fonksiyonel gruba göre de yap l r. Tabela IV.2. Daha önemli fonksiyonel gruplar ve kapsad klar bile ikler Fonksi yonel Grup H C C C C C C C OH O O O OH kili ba Üçlü ba Hidroksil Grubu Grubun ad Kapsad klar bile ikler Alkenler Alkinler Alkoller Karbonil ( keto ) grubu Ketonlar Aldehit grubu Karboksil Grubu Aldehidler Organik asitler NH 2 Amino grubu Aminler 66

67 Organik kimyada kullan lan formüller Anorganik kimyay ö renirken, endeks say lar n, elementlerin miktarlar n n en küçük tam say oran n temsil eden formüller olarak kulland k. Böyle formüller (empirik) basit formül olarak adland r l rlar. Fakat bu tür formüllerin organik bile iklerde kullan m uygun de ildir çünkü ço u bile i in ayn empirik formülü olabilir. Ondan dolay, organik kimyada empirik (basit) formül yerine molekül formülü kullan l r. Bu formüller bile i in molekülünün yap s nda bulunan her elementin atom say s n tam olarak gösterirler. Öyleki, örne in organik bile i i olan benzenin molekül formülü C6H6 d r, fakat empirik formülü CH olacakt r. Molekül formülü C 2 H 2 olan etin bile i inin de ayn empirik formülü (CH) vard r. Bu örneklerden asl nda organik kimyada empirik formül yerine molekül formüllerinin önemini anl yoruz. Gördü ümüz gibi, bazen sadece molekül formüllerini de il molekülde atomlar n dizili i ve ba lanma ekillerini de bilmeliyiz. Bunun için yap sal formüller kullan l r. Organik bile iklerin yap sal formülleri çok uzun olabilirler, k saltma amaçl yap sal formül yerine rasyonel yap sal formüller kullan l r. Rasyonel formüllerde karbon ve hidrojen atomlar aras ndaki ba lar çizgiyle gösterilmezler. Örnek 2: Propan n molekül, yap sal ve rasyonel formülü Molekül formülü : 3 8 Yap sal formül: Rasyonel formülü: Bu bile ikte (herhangi di er bile ikte oldu u gibi) karbon ve hidrojen atomlar n n ba lanmas n görsel gösterebilmek için modeller kullanabiliriz. Modeller sopac klarla ba l toplar ve kesik toplar eklinde olabilirler. Modeller, bile ikte aç lar ve ba lar n uzunlu u hakk nda görsellik sunar, do rusu molekülde atomlar n alandaki dizili ini gösterir. Resim III.3. Propan n modelleri: a) topçuk ve oduncuklarla b) kesilmi toplarla 67

68 NE Ö REND N? 1. Verilen bile iklerden hangisi organiktir: KCN, CH 4, CH 3 COOH, Na 2 CO 3, C 2 H 2? 2. u tümceleri tamamla: Tüm organik bile ikler içerir ve her zaman. Karbon atomlar ba lan rlar ve ba lan rlar ba lar olu turarak. Organik bile iklerin farkl ya am alanlar ndaki önemini örneklerle anlat. Aç k ve kapal dizide 4 karbon atomunun ba lan ekillerini göster. Bo ta kalan her karbon atomuna birer hidrojen atomu ba la. ) Karbon atomlar kaç ekilde ba lanabilir? b) Bu bile iklerin herbirinde, hidrojen atomlar n n say s ne kadard r? 5. u rasyonel formüller verilmi tir: a) CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 b) CH 3 -CH 2 -OH c ) CH 3 -CH 2 -CI ) Bile ikleri üç kriter üzerine grupla t r. b) Verilen bile ikleri molekül ve yap sal formülleri ile göster. ARA TIR! nternet veya di er bilgi kaynaklar ndan organik kimyadaki ke i erle ilgili bilgiler ara.4 cü sorudaki bile iklerin moleküllerini modelleriyle göster. KÜÇÜK HATIRLATICI Organik kimya organik bile ikleri inceler. Organik bile ikler karbon bile ikleridir (az say da anorganik bile ikler, karbonun oksitleri, karbon asidi ve onun tuzlar v.b hariç) Organik bile iklerinde karbon atomu dört valansl d r. Karbon atomlar aralar nda aç k ve kapal dizilerde ba lanabilirler, ayn öyle di er elementlerin atomlar ve bütün atom gruplar yla da kovalent ba lar yla ba lanabilirler. Organik bile iklerin ayr lmas : karbon atomunun yap s na, strüktürüne göre ve içerdi i fonsiyonel gruba göre yap l r. Fonksiyonel grup, atom veya atom grubudur ve belirli grup bile iklerin özellikleri onlara ba l d r.. Organik bile ikler genellikle: molekül, yap sal ve rasyonel yap sal formüllerle gösterilebilir. Bile iklerin görsel gösterilmesi için de modeler kullan l r. 68

69 IV.3. H DROKARBONLAR IV.3.1. H DROKARBONLARIN AYRILMASI VE H DROKARBONLARIN HOMOLOJ S Hidrokarbonlar ve onlar n ayr lmas Onlar n ad ndan da belli oldu u gibi, Hidrokarbonlar sadece karbon ve hidrojen içeren organik bile iklerdir. Hidrokarbonlar n ayr lmas karbon dizisinin strüktürüne göre yap lm t r. Tabela IV.3. Hidrokarbonlar n karbon dizisinin strüktürüne göre ayr lmas H DROKARBONLAR Aç k dizi asiklik Kapal dizi - siklik Doymu Doymam Alisiklik Aromatik Alkenler Alkanlar CH 3 CH 2 CH 3 CH 2 =CH 2 Alkenler CH CH C C C C C C C C C C C Tabeladan da görüldü ü gibi karbon dizisinin yap s na göre,hidrokarbonlar asiklik (aç k dizili) ve siklik (kapal dizili) olarak ayr l rlar. Aç k dizili hidrokarbonlarda, karbon atomlar aralar nda tek, ikili ve üçlü ba la ba lanabilirler. Hidrokarbonlardaki karbon atomlar aralar nda sadece tek ba la ba l ysalar onlara doymu hidrokarbonlar denir ve bu gruba alkanlar girer. Doymam hidrokarbonlarda ki karbon atomlar aras nda en az bir, ikili veya üçlü ba vard r. Bu gruba örne in: alkenler ve alkinlar girer. Siklik hidrokarbonlar (kapal dizili hidrokarbonlar) alifatik siklik (alisiklik) ve aromatik siklik (aromatik) olarak ayr lm lard r. Aromatik hidrokarbonlar büyük ve önemli grup organik bile ikleridir, onlardan en önemli olan birinci temsilcisi benzen (C6H6)dir, tüm aromatik bile ikler ondan türemi tir. 69

70 Homoloji ve homoloji dizileri A a daki tabloda verilen bile iklerin formüllerine bak n z ve ard arda gelen iki bile i in ve herhangi iki bile i in aralar ndaki fark bulmaya çal n. Tabela IV.4. Alkanlar n homoloji dizisi Karbon atom say s Alkan n ad Rasyonel formül metan etan propan butan pentan heksan heptan oktan nonan dekan CH 4 CH 3 CH 3 CH 3 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 - CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 - CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 Tabelada verilen bile iklerin formüllerinden belirli do ruluklar farkedebilirsin: - Bile ikler bir C atomundan ba layarak karbon atomlar n n s ras na göre s ralanm lard r; - Bile iklerin formülleri aralar nda bir veya daha fazla -CH 2 - grubu (bu grubun ad metilen grubudur) için farkl d rlar; - Dizideki son karbon atomlar na üç hidrojen atomu ba l d r. Kimyasal yap lar bir veya fazla -CH 2 - grubu için farkl olan ve kimyasal özellikleri benzer olan bile iklere homolojik bile ikler, bu olaya ise homoloji denir. Homoloji bile ikleri karbon atomlar n n say s n n artmas yla s raland nda homoloji dizisi meydana gelir. Dizinin her bile i i onun üyesidir. Dizideki elemanlar aralar nda bir veya daha çok CH 2 grubu için farkl oldu unu bildi imize göre, kolayl kla homoloji dizisinin genel formülünü elde edebiliriz, öyleki yukar daki tabelada verilen bile iklerin (alkanlar n)genel formülü udur: C n H 2n+2 burada n karbon atomu say s n gösterir. Homoloji dizisinin genel formülleri di er hidrokarbonlar için de elde edilebilir. Homoloji dizisinin genel formülü, dizinin her üyesinin kimyasal formülünün belirlenmesini sa lar. C ve H atom say s n n düzgün bir ekilde artt ndan dolay, homolojik bile iklerin ziksel özelliklerinin düzgün bir ekilde de i mesini etkileyen molar kütlede düzgün artar. 70

71 IV.3.2. DOYMU H DROKARBONLAR-ALKANLAR HOMOLOJ, ZOMER NOMENKLATÜR Alkanlar doymu hidrokarbonlard r Organik bile iklerin karbon dizisinin strüktürüne göre yap lan ayr m tabeladan izlersen, alkanlarda karbon atomlar n n aç k dizide ba l olduklar n ve sadece tek ba la ba l olduklar n fark edeceksin: ondan dolay onlara doymu hidrokarbonlar da denir. Bu homoloji dizisinin ilk üç bile i inin kimyasal formüllerini ve modellerini k yaslarsan ayn kan ya varacaks n. Metan Etan Propan Buna dayanarak unu diyebiliriz ki: Alkanlar moleküllerindeki karbon atomlar aralar nda tek ba la ba l olan doymu hidrokarbonlard r. Alkanlarda homoloji ve izomeri Tabeladaki formüllerden görebiliriz ki metan hariç her karbon atomuna iki hidrojen atomu ba lan r, sonlardaki iki karbona üçer hidrojen atomu ba lan r. Ona göre belirli say da karbon atomu (n) içeren alkan n homoloji dizisinin genel formülü udur: C n H 2n+2 Örnek Karbon atomu olan alkan n formülü nedir? Bilinen: Aranan: n = 10 alkan n formülü (C 10 H x ) do rusu H-atom say s CnH 2n+2 Çözüm: C 10 H C 10 H 22 Cevap: 10 Karbon atomu olan alkan n kimyasal formülü C 10 H 22 dir. 71

72 Dizinin birinci temsilcisi 4 metand r. Onun formülünden görüldü ü gibi metan n sadece bir karbon atomu vard r. O, bir karbomna tomu olan tek hidrokarbondur. S radakilerde etan ve propanda karbon atomlar aralar nda aç k dallanmam dizilerde ba l d rlar. Dizideki ikinci temsilcinin molekül formülü C 4 H 10 dur. Bu formül için iki farkl yap sal formül yaz labilir, biri dallanmam ve di eri dallanm dizili. Bu formüllerle asl nda iki farkl bile ik temsil edilmi tir çünkü farkl strüktürleri ve farkl özellikleri vard r. ki veya daha çok bile i in ayn kimyasal yap s, ayn molekül formülü fakat farkl strüktür formülü ve farkl özellikleri olmas olay na izomeri, bile iklere ise izomerler denir. imdiye kadar incelediklerimizden alkanlarda izomeri olay na (butandan ba layarak), karbon atomlar n n aralar nda farkl ekillerde ba lanabilmeleri ve farkl strüktürler olu turabilmelerin sebep oldu u sonucuna varabiliriz. Homoloji dizisinin bir üyesindeki izomerlerin say s, karbon atom say s n n artmas yla artar. Öyleki, pentan n üç izomeri vard r. Bu üç bile i in molekül formülü ayn d r C 5 H 12 fakat yap sal olarak farkl d rlar. zomerlerden biri dallanmam dizilidir, iki tanesi ise dallanm dizilidir. Molekül formülleri ayn olmas na ra men özellikleri farkl oldu undan dolay onlar farkl bile iklerdir. 40 karbon atomlu olan alkan n 6, izomeri vard r. Resim IV.4. Pentan n izomerlerinin modelleri Verilen örneklerden u kan ya varabiliriz ki: organik bile iklerinin say s n n çok olmas n n nedenlerinden biri de izomeri olay d r. 72

73 Alkanlar n Nomenklatürü Adland r lmas Alkanlar n, homoloji dizisinin ilk dört üyesinin ö.d. triviyal adlar vard r. Bu adlar bile iklerin baz özelliklerine göre verilmi, bulunduklar yere göre v.s. CH 4 - metan C 2 H 6 - etan C 3 H 8 - propan C 4 H10 - butan Bu adlar n triviyal olmas na ra men hepsinde an son eki bulundu u görülür. S radaki bile ikler nomenklatüre göre IUPAC (Uluslararas genel ve uygulamal kimya birli i) adland r l rlar. Bu nomenklatürün kurallar, organik kimyan n incelenmesini kolayla t r r. Dallanmam dizili alkanlar n adlar, karbon atom say s n n yunan ad na an son eki eklenerek yap l r. Tabela IV C-atomu olan Alkanlar n adlar ve formülleri C-atom say s Formül C-atom say s n n yunan ad Ad C 5 H 12 C 6 H 14 C 7 H 16 C 8 H 18 C 9 H 20 C 10 H 22 pentheksheptoktnondek- pentan heksan heptan oktan nonan dekan Dallanm dizili alkanlar n adlar üç bölümden olu ur: ön ek temel kök son ek Dal n yeri ve ad En uzun karbon dizisi Bile ik çe idi Adland rma u ekilde yap l r Ilk olarak ad n kökü bulunur. Kök olarak en çok karbon atom say s olan alkan n ad al n r. Demek ki, yaz l ekline önem vermeden en uzun dizi seçilir (yatay, dikey, v.b.) buna an son eki eklenir. En uzun dizideki karbon atomlar say land r l rlar, say land rma dallanman n oldu u C-atomunun daha küçük say ya sahip olaca ekilde yap l r. Dizide dallanma yeri ve dallanman n oldu u yerdeki C atom say s adland r l r. E er dallarda ayn atom veya atom gruplar için söz edilirse o durumda adlar önüne di, tri v.s. ön ekler (pre ks) yaz l r. E er ayn bir C atomunda iki dallanma varsa C atomunun say s iki defa yaz l r. 73

74 Dizinin dallanm bölümünü radikaller olu turur. Onlar alkanlar n bir valansl art klar d r, belirli alkandan bir hidrojen atomu daha az içerirler. Alkanlar n radikallerinin adlar belirli alkan n ad ndan elde edilir, öyleki an eki at l r il son eki kat l r. Ondan dolay alkan radikallerine alkil radikaller de denir. IV.6. Alkil radikallerin adlar ve formülleri Formüller Adlar CH 3 CH 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 metil etil propil CH 3 CH CH 3 zopropil Örnek 1: A a da formülü verilen bile i in ad nedir? CH 3 CH 3 C CH 2 CH 2 CH 3 CH 2 CH 3 Çözüm: lk önce en uzun dizi seçilir çünkü o alkan n kök ad d r. Bu durumda en uzun dizi alt C atomu içerir, demek ki bile i in kök ad heksand r. C-atomlar n n numaraland r lmas öyle yap l r ki, metil gruplar n n ba l oldu u C- atomu daha küçük de ere sahip olsun. Dallanmada iki metil grubu vard r. Demek ki, bile i in ad 3,3 dimetil heksan Örnek 2: Ad 2,4 dimetil pentan olan alkan n formülü nedir? Çözüm: En uzun dizi be C-atomu içerir çünkü pentan söz konusudur. kinci ve dördüncü karbon atomunda birer hidrojen atomu metil grubuyla yer de i tirmi tir. Demek ki, formül bu dur: 74

75 NE Ö RENDIN? 1. Ad 2,3 dimetil heksan olan bile i in rasyonel ve yap sal formülünü yaz. 2. Alt karbon atomu olan alkan n a) molekül formülünü; b) olas l yap sal formülleri; c)yap sal formülleri ile verilmi olan bile iklerin adlar n yaz 3. u radikalleri adland r: -C 6 H 13, -CH 3 -C 5 H 11, -C 2 H 5 4. Formülleri verilen bile iklerin herbirinin ad n oku: IV.3.3. ALKANLARIN ÖZELL KLER Alkanlar n ziksel özellikleri Alkanlar n homoloji dizisinde bile iklerin ziksel özellikleri karbon atomlar n n artmas yla düzgün bir ekilde de i ir. Öyleki, C-atomlar say s n n artmas yla kaynama ve erime noktalar (derece) yükselir. Ondan sonra ilk dört ö esi gazd r, 5-17 C-atomu içeren s v daha yüksek alkanlar kat haldedir. Suda erimezler sadece organik eriticilerde erirler. S v halde olan baz alkanlar n cila, reçina, ya lar v.b. eritme özelli i vard r. Resim IV.5. Mumlar, C 25 H 52 alkan n, izomerlerin kar m ndan yap l r, 53 C erirler ve tabi ki suda erimezler. Alkanlar n kimyasal özellikleri Alkanlarda karbon atomlar aras nda tek kovalent ba lar n bulundu unu söylemi tik. Ondan dolay alkanlar az relativ bile ikleridir. Onun için onlara para nler (parum al- nis) de denir, Latincede az reaktiv anlam na gelir. Tüm alkanlar havada ate le temasa girince yanar. Sadece karbon ve hidrojenden olu tuklar ndan dolay onlar n yanmas n n ürünü karbon dioksid ce sudur. Örne in: 2C 2 H 6 + 7O 2 = 4CO 2 + 6H 2 O Resim IV.6. Propan-butan kar m, s tmak için kullan l r 75

76 Alkanlar n gösterdikleri tepkimelerden en önemlisi de i me tepkimesidir, ona genelde supstitusyon tepkimesi denir. Alkanlarda,supstitusyon tepkimesi, alkan molekülünde bir ya da fazla hidrojen atomu, ba ka bir elementin atomlar yla ya da gruplar yla de i mesidir. Alkanlarda suptitusyon, genelde halojen elementleriyle ve güne ile gerçekle ir. Bu tepkime esnas nda alkan n bir veya fazla hidrojen elementi halojen elementin atomlar yla yer de i tirir. Halojen elementin atomlar yla tüm hidrojen atomlar yer de i tirinceye kadar supstitusyon tepkimesi gerçekle ir. H H H H H C C H Cl Cl H C C Cl + H Cl H H Etan Klor Kloretan IV.4.3. ALKANLARIN ÖNEM VE TEMS LC LER H H Metan Allkanlar n temsilcisi olarak homoloji dizisinin ilk üyesi olan metan ö renece iz. Do ada metan organik süpstanslar n oksijen eksikli inden ayr mas yla olu ur. Ondan dolay, yeralt gaz n n yap s nda ve kömür madenlerinde de bulundu u için ona daha maden gaz da denir. Endüstride metan karbon ve hidrojenin do rudan senteziyle, s cakl n ve metal katalizörün e li inde elde edilir. Resim IV.7. Metan batakl klarda bulunur. T C + 2H 2 CH Ni 4 Metan laboratuvarda elde edilebilir. Onun için genelde sodyum asetattan(sirke asidinin sodyum tuzu) ve sodyum hidroksitten elde edilir, u denkleme göre: NaCH 3 COO + NaOH = CH 4 + Na 2 CO 3 Bu deneyi bizim küçük labaratuvar m zda elde edebiliriz. 76

77 Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: Laboratuvarda metan elde edelim Gerekli gereç ve supstanslar: Sodyum asetat, sodyum hidroksit eri i, su alt nda gaz toplama ayg t Yöntem: su alt nda gaz toplamak için düzenek kur. Kuru deney tüpüne bir ka k sodyum asetat ve biraz sodyum hidroksid eriyi i koy. Tüpün a z içinden cam çubu un geçti i t pa ile kapat l r ve dikatlice s t l r. Suyla dolu olan tüp ile ne oluyor gözlemle. Bu tüpün a z na yanan kibritçi i yakla t r. Ne oluyor? Hangi gaz serbestlenmi tir? Gerçekle en deneyden metan n renksiz ve kokusuz bir gaz oldu unu farketmi sindir. Suda erimez ve havadan daha ha ftir. Yak l nca parlak bir alevle yanar. Aç k havada bu tepkime patlay c d r. Kömür madenlerinde olu an kaza ve patlamalar n nedeni budur.bu tepkime u denklem ile gösterilebilir. CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O Di er alkanlar gibi metan da halojen elementleriyle supstitusyon tepkimesine girer. Metan n klor ile tepkimesinde her dört hidrojen atomu yer de i tirebilir. Alkanlar n önemi Alkanlar n kullan m en çok yanabilme özelli indendir çünkü büyük miktarda s cakl k serbestle ir. Onun için gaz halinde ve s v halde olan alkanlar n endüstride, evlerde ve tra kte yak t olarak kullan lmalar büyük miktarda do ada bulunmalar na ve kolay ula ml olmalar ndan kaynaklanmaktad r. Asl nda onlar petrolün ve yeralt gaz n n yap s na girerler. Alkanlar kimya endüstrisinde önemli hammadde olarak kullan l r, onlardan da plastik maddeler için hammade olarak kullan lan doymam hidrokarbonlar elde edilir. Supstitusyon ile elde edilen alkanlar n baz ürünleri organik süpstanslar n eriticileri olarak kullan l rlar. Resim IV.8. Denizden petrol ç kartma platformu. Petrol ve yeralt gaz halen ba l ca enerji kaynaklar d r 77

78 EK B LG KARA ALTIN NED R VE NASIL OLU MU TUR? Geçmi te alt n, bir insan n hatta bir devletin ne kadar zengin oldu unu ölçmek için kullan l rm çünkü elementer halde kalabilir daha do rusu zor de i ebilir. Ondan farkl olarak siyah alt n olarak adland r lan ya halinde, koyu renkte, kendine has kokusu olan ve farkl tepkimelere kolay giren bir s v d r. Yine de siyah alt n gerçek alt ndan daha pahal d r çünkü bir devletin ekonomik geli imini sa layan en önemli faktörlerden biridir. Siyah alt n kavram asl nda petroldür. Petrol hidrokarbonlar kar m d r, hidrokarbonlar ise yanma s ras nda büyük miktarda s cakl k serbest ederler. Onun için petrol en önemli enerji kayna ym ve halen de öyledir. Petrol yer kürenin derinliklerinde bulunur ondan da ç kart l r. Fakat petrol nas l olu mu tur? Bu soruyla ilgili birbirine z t iki hipotez bulunur. Birine göre petrolün anorganik oldu u ve yerkürenin derinliklerinde yüksek bas nç ve s cakl k derecesi alt nda karbidlerin (karbonun metan ile bile ikleri) ve suyun tepkimesi sonucu meydana geldi idir. Di er hipoteze göre, daha çok kabul edilen hipotez olarak, petrol organik kökenlidir ve ölmü deniz hayvan ve bitkilerin denizlerin dibine çökmeleriyle olu mu tur. Zamanla, dünyada olagelen jeolojik de i meler ile bu çöküntülerin üzerine büyük toprak katmanlar s ralanm t r. Bas nç, yüksek s cakl k, yetersiz oksijen mikroorganizmalar etkisinden kal nt lar ayr r ve zamanla koyu ya görüntülü s v ya dönü ürlermi. Bugün petrolün, denizlerin dibinden ya da bir zamanlar denizin bulundu u tahmin edilen yerlerden ç kart lmas, bunun kan t d r. Demek ki petrol, yer gaz ve karbon,yand nda s cakl k serbest eden organik bile ikler içerirler. Fakat petrolün belki de en önemli olan bir rolü daha var. Asl nda o ö.d. petrokimyasallar n kayna d r daha do rusu ça da kimya endüstri dal olan petrokimya endüstrisinde en önemli hammaddedir ki ondan kimya endüstrisinde de plastik maddeler, sentetik, li er, deterjanlar, patlay c lar v.b. elde edilir. Dünyay sokaklarda araçs z, uçaks z, plastik maddelersiz, sentetik lifsiz, deterjans z hayal edin, asl nda petrolün neden siyah alt n oldu unu anlars n z. 78

79 NE Ö REND N? 1. Bir alkan n rasyonel formülü ( 2 ) 5 3 tür onun molekül formülü nedir? 2. 2,3 dimetil pentan, 2,3 dimetil oktan n rasyonel ve yap sal formüllerini yaz. 3. Heksan izomerlerinin rasyonel ve yap sal formüllerini yaz ve onlar adland r. 4. Butan yak l nca yanar bu tepkimenin denklemini yaz. 5. Butan ile klor aras ndaki supstitusyon tepkimesinden monoklor butan n elde edilme tepkimesinin denklemini yaz. 6. Bilgisayar donat lar kullanarak: ) metan n molekülünün ve metan ile klorün süpstitasyon ürünlerinin modellerini çiz. ) belli bilgisayar donat lar ile bile iklerin moleküllerinin modellerini birle tir. ARA TIR! nternet veya di er bilgi kaynaklar ndan, petrolün, kaynaktan benzin pompas na kadar giden yolu ile ilgili bilgiler ara. Asit ya murlar n sebebi petrol olabilir mi diye bilgiler bul. KÜÇÜK HATIRLATICI Hidrokarbonlar sadece karbon ve hidrojenden olu an organik bile ikleridir. Karbon dizisinin strüktürüne göre hidrokarbonlar asiklik (aç k dizili) ve siklik (kapal dizili) olarak ayr l rlar. C-atomlar sadece tek ba la ba l olan hidrokarbonlara doymu hidrokarbonlar denir. Doymam hidrokarbonlar ise yap lar nda ikili veya üçlü ba içerirler. Homoloji bile iklerinin benzer kimyasal özellikleri vard r fakat kimyasal yap lar nda bir veya daha çok -CH 2 - grubu ile farkl d rlar. Alkanlar doymu hidrokarbonlard r, onlar n moleküllerinde karbon atomlar aralar nda tek ba ile ba l d rlar. Alkanlar n homoloji dizisinin genel formülü udur: CnH 2n+2 Alkil radikaller, alkanlar n bir valansl kal nt lar d r. Adlar belirli alkan n ad ndan-an son ekinin at lmas ve il son ekinin eklenmesiyle olu ur. iki veya fazla bile i in ayn kimyasal yap s, ayn molekül formülü fakat far l yap sal formülü ve farkl özellikleri varsa bu olaya izomeri, bile iklerere ise izomerler denir. Alkanlar n karakteristik tepkimesi supsitasyon ya da de i me tepkimesidir. Bu tepkimede alkan n molekülünde bir veya daha çok hidrojen atomlar di er elementlerin atomlar veya atom gruplar yla yer de i tirirler. 79

80 IV.4. DOYMAMI H DROKARBONALR IV.4.1. ALKENLER HOMOLOJ, ZOMER VE NOMENKLATÜR ( ADLANDIRMA) Alkenlerin homoloji dizisi Karbon atomlar tek ba lardan mada aralar nda ikili ve üçlü ba larla da ba lanabildiklerini söylemi tik. E er bir hidrokarbonda iki karbon atomu aras nda sadece ikili ba varsa o zaman alkenler söz konusudur. alkenler, iki karbon atomu aras nda ikili ba olan doymam hidrokarbonlard r. Tabela IV.7. Baz alkan ve alkenlerin adlar ve formülleri Alkan n ad Alkan n formülü Alkenin ad Alkenin formülü etan C 2 H 6 eten C 2 H 4 propan C 3 H 8 propen C 3 H 6 butan C 4 H 10 buten C 4 H 8 pentan C 5 H 12 penten C 5 H 10 heksan C 6 H 14 heksen C 6 H 12 Tabela IV.5 te baz alkan ve alkenlerin adlar ve formülleri verilmi tir. Tabeladan da görüldü ü gibi, belirli alkanla karbon say s ayn olan alkenin iki hidrojen atomu daha az vard r. Böylece, alkenlerinin homoloji dizisinin genel formülünde de alkanlara k yasen iki hidrojen atomu daha az olacakt r. Buna göre alkenlerin homoloji dizisinin genel formülü: C n H 2n H H C C H H Resim IV.9. Etenin formülü ve modelleri en basit alken 80

81 Alkenlerde izomeri Alkanlarda oldu u gibi alkenlerde de dizinin dallanmas ndan dolay strüktür izomerisi vard r. O butenden ba lar. Öyle molekül formülü 4 8 olan alkenin iki strüktirik formülü olabilir, biri dallanmam ve biri dallanm dizili. Fakat, dallanmam dizili bir strüktür formülü daha yaz labilir H 2 C CH CH 2 CH 3 H 3 C CH CH CH 3 Bu iki formül aras ndaki fark ikili ba n bulundu u yerdir. Demek alkenlerde bir çe it izomeri daha vard r o da öyle denilen pozisyon izomerisidir. kili ba n farkl yerlerde bulunmas ndan olu an izomeri çe idi. Ona göre butenin strüktür izomerlerinin say s üçtür. Alkenlerde nomenklatür (adland rma) Tabela IV.5 ten görülebilir ki alkenlerin adlar alkanlar n adlar na benzer, aradaki fark alkenlerde -an son eki yerine en son eki vard r. Alkenlerin adland r lmas nda alkanlarda kullan lan kurallar n ayn lar geçerlidir sadece ikili ba n bulundu u yerle ilgili ve en uzun temel (kök) dizi seçimiyle ilgili baz tamamlamalar vard r: öyleki, En uzun temel (kök) dizi, ikili ba içermeli; Karbon atomlar n n numaraland r lmas s ras nda, ikili ba n di er supstituentlerden öncelli i vard r, daha do rusu o en dü ük say sal de ere sahip olmal d r. Örnek 1. A a da formülü verilen alkenin ad nedir? HC 3 CH 2 CH CH 2 CH CH CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 Çözüm: ilk olarak ikili ba içeren en uzun dizi seçilir. Bu durmuda en uzun dizi sekiz C- atomundan olu mu tur, demek ki bile ik süpstite edilen oktendir. Karbon atomlar n n numaraland r lmas ikili ba n daha küçük say sal de ere sahip olaca ekilde yap l r (iki, alt de il) görüldü ü üzere be inci karbon atomuna etil grubu ba l d r ona göre bu alkenin ad udur: 5- etilokt -2- en. 81

82 te birkaç örnek daha. S radaki bile ikleri adland ral m CH 2 CH CH 2 CH 3 CH 3 CH CH CH 2 CH 3 CH C CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 A B C A) Dal n ad ve yeri En uzun dizi kili ba n yeri sonek / -but 1-en Bile i in ad udur: but -1- n B) Dal n ad ve yeri En uzun dizi kili ba n veya sonek 3- til -but 1-en Bile i in ad udur: 3-metilbut -1-en C) Dal n ad ve yeri En uzun dizi kili ba n veya sonek 3-metil -pent- 2-en Bile i in ad udur: 3-metilpent -1-en NE Ö REND N? 1. 5,8 ve 11 karbon atomlar olan alkenlerin molekül formüllerini yaz. 2. A a daki emada hangi molekül formülleri eksiktir? C 2 H 4 C 3 H 6 C 4 H 8 C 5 H 10 / C 7 H 14 / C 9 H 18 / 3. Pentenin olas l izomerini ikili ba n bulunma yerine göre, rasyonel formüllerle göster ve onlar n adlar n yaz. 4. Verilen bile iklerin rasyonel formüllerini yaz: ) 2-metilpent-1-en; b) 2,3-dimetilbut -2-en. ARA TIR! Bilgisayar donat lar n kullanarak pentenin toplam olarak izomerlerini ara t r ve onlar modellerle göster 82

83 IV.4.2. ALKENLER N ÖZELL KLER Alkenlerin ziksel özellikleri Alkenlerin ziksel özellikleri alkanlar n özellikleriyle benzerdir. Dizinin ilk dört üyesi gazlard r sonra s v lar ve kat supstanslard r. Karbon atom say s n n artmas yla, onlar n erime ve kaynama noktalar (dereceleri) artar. Tabela IV.8. onlar apolar bile ikleridir ve suda erimezler sadece apolar eriticilerde erirler. Tabela IV.8. Baz alkenlerin erime ve kaynama dereceleri Ad eten propen but-1-en pen-1-en Formül 2 = 2 2 = 2 = 2 2 = C ile ifade edilen erime derecesi C ile ifade edilen kaynama derecesi Alkenlerin kimyasal özellikleri Tüm hidrokarbonlar gibi alkenler de havada yak l nca yanar, yanman n ürünleri ise söyledi imiz gibi karbon dioksid ve sudur: 2C 3 H 6 + 9O 2-6CO 2 + 6H 2 O Fiziksel özellikleri bak m ndan benzer olmalar na ra men, kimyasal davran lar bak m ndan alkenler alkanlardan farkl d rlar. Öyleki alkenlerin, alkanlara k yasen çok daha reaktiv olmalar, alkenlerin kimyasal davran içerdikleri ikili ba dan dolay d r. Geçen y l ö rendiniz ki, ikiz ba iki elektron çiftinden olu ur. Alkenlerin ikiz ba ndaki bir elektron çifti farkl artlar alt nda kolay kapabilir. Bu ekilde iki karbon atomuna birer atom veya grubu ba lanabilir. Bu tip tepkimeye birle me tepkimesi veya adisyon tepkimesi denir. Demek: adisiyon tepkimesi, organik bile iklerde ikili veya üçlü ba a, atom veya atom gruplar n n birle me (eklenme) tepkimesidir. Genel olarak adisiyon tepkimesi u denklemle gösterilir. C C + X Y C C X Y 83

84 Örnekler: Eten Hidrojen Etan Eten Klor 1,2-dikloretan kiz ba n yerine neyin ba lanaca na göre adisiyon tepkimelerinin özel adlar da vard r : Hidrojenle me hidrojenin adisiyonu; Hidratasyon - suyun adisiyonu; Halojenle me halojen elementin adisiyonu; Hidrohalojenle me hidrohalojenin adisiyonu. Polimerizasyon (polimerle me) özel adisiyon çe idi Alkenlerin molekülleri, içerdikleri ikili ba dan dolay kendi aralar nda da büyük moleküller olu turarak ba lanabilirler. Adisiyon tepkimesi süresince bir süpstans n çok say da küçük moleküllerinden büyük molekülün elde edilmesi tepkimesine polimerizasyon (polmerle me) denir. Polimerle en süpstansa (moleküller kendi aralar nda ba lananlar) monomer (mono-1, meros- bölüm) denir, polimerle me ürününe ise polimer (poli- çok) denir. n H H H H C C C C C C C H H H H H H H H H H n Eten Polieten 84

85 Genelde polimerlerin molekülleri birkaç bin monomer biriminden olu mu tur. Onlar çok büyüktür ve onlar için makromoleküller terimi kullan l r. Do al ve sentetik polimerler vard r. Polimerlerin, elde edildikleri monomerlerden tamamen farkl özellikleri vard r. Spesi k özelliklere sahip olduklar ndan onlar n büyük teknik - teknolojik önemi vard r. Resim IV.10. Farkl polimerlerin polimer zincirlerinden bir bölüm Resim IV.11. Bu plastik levhalar polimerle me ile elde edilmi tir. NE Ö REND N? 1. Pent-1-en ve pent-2-en in yanmas yla ayn ürünler mi elde edilecektir? 2. Hidrokarbonalar n yanmas sonucu ürünlerinin hangileri oldu unu bilerek etenin yanma tepkimesinin denklemini yaz ve e itle tir. 3. Propenin hidrojenle me (hidrogenizasyon) tepkimesini kimyasal denklemle göster. 4. Etene hidroklorür adisiyonu tepkimesinin denklemini yaz. 5. Propene bromun adisiyon tepkimesinin denklemini yaz. 6. Etenin polimerle me tepkimesine göre propenin polimerle me tepkimesinin kimyasal denklemini yaz. Elde edilen polimerin de ad n yaz. 7. Etan ve etende karbonun kütle pay n hesapla. Bu bile iklerden hangisinin dumanl yal mla yanmas beklenir? IV ALK NLER HOMOLOJ, ZOMER VE NOMENKLATÜR ( ADLANDIRMA) Alkinlerin homolojisi Alkinler, alkenlerden daha az hidrojen içeren hidrokarbonlard r asl nda onlar daha da doyumsuzdurlar. E er IV.3 tabelay gözden geçirirsek onu farkedebiliriz. Bir alkinin formülü belirli alkenin formülüyle k yaslan rsa onun formülünde alkene k yasen iki hidrojen atomu daha az vard r. Bu da, onlar n molekülünde bulunan üçlü ba dan dolay d r. Onun için alkinlerin homoloji dizisinin genel formülü udur: CnH 2n-2. 85

86 imdiye kadar ö renilen aç k dizili hidrokarbonalar n homoloji dizilerinin genel formülleri unlard r: C n H 2n+2 C n H 2n C n H 2n-2 alkanlar alkenler alkinler Alkinlerin izomerisi Alkinlerde, alkenlerde oldu u gibi ayn çe it strüktür izomerisi bulunur onlar da zincir izomerisi ve pozisiyon izomerisidir. Butin, iki izomer bile ikleri olan homoloji dizisinin ilk bile i idir, bu izomerler ise üçlü ba n bulundu u yere göre farkl d rlar. C-atomlar n n say lar n n artmas yla izomerlerin say s da artar, bu izomerler ise aralar nda sadece üçlü ba n bulundu u yere göre de il, dizisinin dallanmas na göre de farkl d rlar. HC C CH 2 CH 3 But-1-in Pentin üç izomeri vard r. CH 3 C C CH 3 But-2-in HC C CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 C C CH 2 CH 3 HC C CH CH 3 A) B) C) CH 3 Alkinlerde nomenklatür (adland rma) Alkinlerin adland r lmas alkenlerin adland r lmas nda kullan lan kurallar n ayn s na göre gerçekle ir öyle ki onlar için karakteristik son ek -in dir. Öyleki, pentinin üç izomerini u ekilde adland raca z: A) Dal n ad ve yeri En uzun dizi (kök dizi) kili ba n yeri ve son ek Bile i in ad udur: pent-1-in / -pent- 1-en B) Dal n ad ve yeri En uzun dizi (kök dizi) kili ba n yeri ve son ek Bile i in ad udur: pent-2-in / -pent- 2-in C) Dal n ad ve yeri En uzun dizi (kök dizi) kili ba n yeri ve son ek 3-metil -but- 1-en Bile i in ad udur: 3-metilbut-1-in 86

87 IV.4.4. ALK NLER N ÖZELL KLER Alkinlerin ziksel özellikleri Di er hidrokarbonlarda oldu u gibi alkinlerde de bile iklerin ziksel özellikleri C-atom say s n n artmas yla de i ir. Öyleki, etin ve propin gazd r 5-16 karbon atomu olan alkinler s v, 16 karbondan fazla karbon atomu olanlar ise kat supstanslard r. Di er hidrokarbonlar gibi alkinler de suda erimez,organik eriticilerde ise kolay erirler. Alkinlerin kimyasal özellikleri Alkan ve alkenler gibi, alkinler de yanma özelli ine sahiptirler ve yanma esnas nda büyük miktarda s cakl k serbest edilir. Örnek: 2C 2 H 2 + 5O 2 = 4CO 2 + 2H 2 O Molekülünde içerdi i üçlü ba alkinlerin, alken ve alkanlardan daha reaktiv olmalar n sa lar. alkanlar alkenler alkinler Reaktivlik artar Alkinler doymam hidrokarbonlar oldu undan dolay, adisiyon ve polimerizasyon tepkimelerine girerler. Alkinin molekülüne baz süpstans n bir veya iki molekülü eklenebilir (hidrojen, halojen elementi, hidrohalojenler v.b. gibileri). Alkinlerde adisiyon tepkimesini u örnekle gösterebiliriz: H C C H + H 2 H C C H Etin H Eten H H H H C C H + 2 H 2 H C C H Etin H H Etan Alkinlerde hidrojenin adisiyon tepkimesinin son ürünü alkand r. Doymam hidrokarbonlar çok say da di er tepkimelere de kat l rlar, onlar daha sonra ö reneceksiniz. 87

88 NE Ö REND N? 1. Butan, butin, ve buten bile ikleri verilmi tir. Onlar reaktivliklerinin art na göre dizide s rala. 2. Verilen bile iklerin hangileri alkinlerin homoloji dizisine aittir? 3. C 5 H 10 ; CH 3 CH 2 C CH; C 3 H 8 ; CH 3 CH=CHCH 3 ; CH CCH 3 ; C 2 H 2 4. Önceki soruda verilen bile ikleri adland r karbon atomu olan alkinin izomerlerinin rasyonel formülünü yaz. ) onun bütün izomerlerinin rasyonel formüllerini yaz. b) izomer bile iklerinin adlar n yaz. 6. Heksinin yanma tepkimesinin denklemini yaz ve e itle tir. 7. Bir molekül etine bir molekül klorun adisiyon tepkimesini denklemle göster. 8. Mol oran ½ olan etin ve bromun aras ndaki tepkimenin denklemini yaz. ARA TIR! - Verilen bile iklerin moleküllerini bilgisayar donat lar kullanarak model ile göster ) 3-etil-2-metilpent-2-en b) 4-metilpent-1-en -eten ve propenin polimerleri ile ilgili ve onlar n hergünkü ya amda nerede kullan m gördükleriyle ilgili bilgiler bul. IV.4.5. ALKEN VE ALK NLER N ÖNEM VE TEMS LC LER Eten ( tilen) C 2 H 4 Alkenlerin homoloji dizisinden etenin en büyük önemi vard r çünkü ondan polimerle me ile önemli ürünler elde edilir. Laboratuvarda eteni u deneyle elde edebiliriz. Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: etenin elde edilmesi ve onun baz özelliklerinin ara t r lmas (deneyi ö retmen gerçekle tirir.) Su alt nda gaz n toplanmas için düzenek kurulur. Balona 1ml etanol, 3ml deri ik sül rik asidi ve birkaç kum tanesi konulur. Dikkatlice s t l r. Ayr an gaz suya bat r lm olan tüpe toplan r. Tüpün a z na do ru yanan kibrit taneci i yakla t r l r. Ne farkediyorsun? Ayr an gaz n özelliklerini tarif et. Sonradan ayr lan gaz suya bat r lm tüpe de- il, içinde brom suyu olan tüpe toplan r. Etanol ve deri ik sül rik asidinden olu an kar m s t lmas yla eteni elde ederiz. Ö rendik ki, bu asidin süpstanslardan suyu alma özelli i vard r. Demek ki, bu tepkimede de asid alkolden suyu al r veya denildi i gibi alkolü dehidre eder. Bu tepkimeyi s radaki denklemle gösterebiliriz: 88

89 H H H H H C C H H 2 SO 4 C C + H2 O HO H H H Veya CH 3 CH 2 OH Etanol H 2 SO 4 H 2 C CH 2 + H 2 O Eten Gözlemlemeden etenin renksiz ve kokusuz bir gaz oldu u, suda neredeyse hiç erimiyen bir gaz oldu u görülür. Yak l nca yanar hava ile patlay c kar m da olu turabilir. Brom suyu ile tepkimesinden ( bromun su eriyi i, kahve rengindedir) bromun adisiyon tepkimesi gerçekle ir dolay s yla eriyik renksizle ir. Onun için brom suyu ile yap lan tepkime doymam bile iklerin spatlanmas için kullan l r. Etin (asetinlen) C 2 H 2 Endüstride ve laboratuvarda etin, kalsiyum karbit ve suyun tepkimesinden elde edilir. Etinin elde edilme tepkimesini u denklemle gösterebiliriz. CaC 2 + 2H 2 O = C 2 H 2 + Ca(OH) 2 Etin renksiz ve kokusuz bir gazd r. Suda çok az erir. E er yakarsak dumanl bir alevde yanar, saf oksijenle 3500 C s cakl k derecesinde temasa gelince parlak alevle yanar. Resim IV.12. Etinin elde edilmesi için düzenek Etinin yanma tepkimesini u denklemle gösterebiliriz: 2C 2 H 2 + 5O 2 = 4CO 2 + 2H 2 O Öteki doymam hidrokarbonlar gibi etin de, brom suyu ile tepkimeye girer ve sonra da renksizle ir: Br Br H C C H + 2 Br 2 H C C H Etin Br Br Tetrobrometan Üç molekül etinin, s t lma ve katalizör e li inde polimerle mesiyle çok önemli olan, benzen olarak adland r lan, siklik bile ik elde edilir. 89

90 Doymam hidrokarbonlar n önemi Alken ve alkinler kolay kimyasal tepkimelere girdiklerinden dolay büyük teknolojik öneme sahiptir. Öyleki eten hammadde olarak, etanol, etin, plastik maddeler, eritici ve patlay c maddelerin üretilmesinde kullan l r. lginç olan da etenin, meyvelerin olgunla mas n h zland rmas d r. Etin, endüstride çok kullan lmaktad r. Etin (asetilen) saf oksijenle temasa gelince çok yüksek s cakl k elde edildi inden dolay metal kesme ve metallerde kaynak yapmak için kullan l r. Etin adisiyon ve polimerizasyon tepkimelerine kolay girdi inden dolay sentetik organik bile iklerinin: etyol, kauçuk, sentetik li erin elde edilmesinde kullan l r. Resim IV.13. Metallerin kaynak yap m nda etin kullan l r. NE Ö REND N? 1. Eten ve etin adisiyon tepkimesine girerler ) eten ve etinin hidroklorür ile tepkimelerinin denklemlerini yaz b) iki tepkimenin ürünlerini adland r 2. Verilen bile iklerin hangisinde karbonun kütle pay en büyüktür. ) etan b) eten c) etin 3. Verilen bile iklerden hangileri polimerle me tepkimesinde monomer olabilirler? a) C 2 H 6, b) C 3 H 6, c) CH 3 CH 2 CH 3, d) C 4 H 6, IV.4.6. PLAST K MADDELER VE SENTET K L FLER Hergünkü ya amda plastik Güncel hayatta plastik maddelerle (veya k saca Plastik denilen) kar la maktay z. Plastik sözü kolay ekillendirilebilen anlam na gelir. Plastik maddeler kolay ekillendirildiklerinden dolay onlardan farkl ekilde nesneler yap ld gibi ayn zamanda farkl renklere de boyanabilirler. Suya, atmosfer etkilerine, paslanmaya çok say da kimyasallara, baz lar da yüksek s cakl a dayan kl d rlar. Çe itli ve spesi k özelliklere sahip olduklar ndan dolay onlar n ekonomik önemi büyüktür ve farkl kullan m alanlar vard r. Plastik maddelerden e ya, ayakkab lar, çantalar, ev ve mutfak e yalar n n birço u örne in: yemek tak m farkl ev kablar v.b. elde edilir. 90 Resim IV.14. Besinin korunmas için plastik kablar Resim IV.15. Plastik borular

91 Plastik Maddelerin Elde Edilmesi Plastik maddeler asl nda polimer maddelerdir. Bildi in gibi, polimerler makromoleküler bile iklerdir, do al veya sentetik olabilirler. Plastik maddeler söz konusu olunca genelde sentetik polimerleri dü ünürüz. Polimer maddelerin üretimi için gereken hammaddeler, petrolün i letilmesinden elde edilir ve çok ucuzdurlar. Plastik maddeler, polimerle me ve polikendonzasyon tepkimelerinden elde edilir. Polimerle me ve polikondenzasyon tepkimeleri yüksek bas nç ve s cakl kta, katalizörler e li inde gerçekle ir. Elde edilen polimerin özellikleri, sürecin gerçekle ti i ko ullara ba l d r. Onun için, ko ullar n ayarlanmas yla belirli özelliklere sahip olan polimerler elde edilebilir. Polimerle me tepkimeleri hakk nda, etenin polimerle mesinde söz etmi tik. Etene benzer ekilde, ço u doymam hidrokarbonlar da polimerle ebilirler örne in: kloreten(vinilklorür), tetra uoreten, etin vb. Örne in: n CH 2 CH Cl Kloreten(viniklorür) CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 Cl Cl Cl Polivinilklorür PVC n Kloretenin (vinilklorür) polimerle mesiyle, polivinilklorür polimeri elde edilir, plastik maddedir, PVC olarak bilinen, ço u nesnelerin yap m nda kullan l r. Tetra uoretenin polimerle mesiyle hergünkü ya amda te on gibi bilinen politetra uoreten elde edilir. O, yüksek s cakl klara dayan kl olan plastik maddedir, kablar n yap m nda ve enstrumanlar n farkl k s mlar n n yap m nda kullan l r. Polimerle menin kimyasal süreci u denklemle gösterilebilir: F F F F F F F n F C C F C F C C C C F F F F n Tetra uoreten Politetra uoreten Plastik maddeler, polikondenzasyon tepkimeleri ile de elde edilebilirler. Polikondenzasyon, polimerle me tepkimesidir, burada polimerden ba ka, yan ürün olarak baz küçük molekül (genelde su, amonyak v.b.) de ayr l r. 91

92 Bu tip tepkimeyle, farkl nesnelerin üretiminde kullan lan, çe itli reçineler elde edilir. Polikondenzasyon tepkimesiyle, güncel hayatta duymu oldu unuz silikonlar da elde edilir. Polikondenzasyon tepkimeleri, çok say da sentetik li erin elde edilmesinde kullan l r, sentetik li er ise do al tekstil li erin yerine kullan ld ndan tekstil endüstrisinde çok kullan m görürler. Resim.IV.16 te on kablarda pi irilen yemekler yanm yor Resim.IV.17 silikon yap t r c Resim.IV.18 farkl sentetik li er Resim IV.19 enstrumanlar için farkl Te on k s mlar Plastik Maddeler ve Ya am Ortam Plastikten üretilmi olan nesneler aç k havada ayr mazlar. Plastik art klar günden güne y nla makla, çevreyi kirletirler, ondan dolay ekolojik problem yarat rlar. Fakat plastikten olu an maddeler, çevreyi kirleten, sadece at klar m, olmal lar? Plastik madde at klar yla sadece kimyagerler de il, endüstriciler de ilgileniyor, at klardan döngü ürün elde etmek için büyük yat r mlar yapmaktad rlar. Günümüzde, sanayisi geli mi olan ülkelerde plastik i eler, po etler, plastik ambalajlar v.b. döngü sürecinde kullan l rlar. NE Ö REND N? 1. Polimerle me ve polikondenzasyon tepkimeleri aras nda fark nedir? 2. Neden plastik nesnelerin ço u ya am ortam n n kirleticileri say l rlar? 3. Kloretenin, polimerle me denklemini yaz. ARA TIR! Üç grupta çal n. Her grup verilen ödevlerden birini seçiyor: 1.Kauçuk nedir ve nas l elde edildi i hakk nda bilgiler bulunuz. 2.Polimer maddeleri için hammadde olarak kullan lan, petrolün fraksiyonlar hakk nda bilgiler bulunuz. 3.Plasti in geri dönü üm süreciyle ilgili bilgiler bulunuz. Bilgileri proje eklinde haz rlay n z ve arkada lar n za sununuz. 92

93 EK B LG LET C PLAST KLER Plastik sözü her zaman izolatörü ça r t r r.plastik maddelerin ço u, izolatör olduklar ndan dolay elektrik kablolar n n üretiminde, daha do rusu metal tellerin izole edilmesinde kullan l rlar. Son y llarda, elektrik ak m n ileten polimerler daha do rusu plastik maddeler elde edilmi tir. Bu ke iften dolay, 2000 y l nda üç kimyager kimya dal nda, Nobel ödülünü kazanm st r. letici plastik maddeler, polimerlerdir, onlar n strüktüründe tek ve ikili ba lar ve belirli supstanslardan az miktarda ilaveler vard r. Böyle maddeler ilk olarak 70 li y llar n ortalar nda yap lm t r, böylece kimya ve zikte iletici polimerler bilimi olarak yeni bir dal geli mi tir. Bu ke if sayesinde, bu gibi maddeler örne in:bilgisayar tekni inde,elektronikte, cep telefonlar nda v.b. gibi alanlarda kullan lmaya ba lam t r. KÜÇÜK HATIRLATICI Alkenler, doymam hidrokarbonlard r, molekülünde iki C- atomu aras nda ikili ba vard r. Alkenlerin homoloji dizisinin genel formülü udur: CnH 2n Alkinler doymam hidrokarbonlard r,molekülünde iki C- atomu aras nda üçlü ba vard r. Alkinlerin homoloji dizisinin genel formülü udur: C n H 2n-2 Alkin ve alkenlerde dizi izomerisinden mada ikili daha do rusu üçlü ba n farkl yerlerde bulunmas ndan olu an izomeri de bulunur. Doymam hidrokarbonlar n tipik tepkimeleri adisyon ve polimerizasyontepkimeleridir. Adisyon tepkimesi s ras nda doymam bile i in ikili veya üçlü ba ndaatom veya atom gruplar n n birle mesi gerçekle ir. Bir supstans n çok say da küçük molekülünden, büyük bir molekülün elde edilmesinin gerçekle ti i adisyon tepkime çe idine polimerizasyon denir. Polimerle en supstansa monomer, polimerle menin ürününe ise polimer denir. Polikondenzasyon, polimerle me tepkimesidir, bu tepkimede polimerden mada yan ürün olarak baz küçük molekül (genelde su, amonyak v.b. ) de ayr l r. 93

94 V. OKSiJENLi OKSIJENLI ORGANiK ORGANIK BiLE ikler BILE IKLER Biliyor musun ki Çok say da organik bile ikler oksijen içerirler. Yap lar nda oksijen asitleri bulundu undan dolay farkl meyve ve sebze çe itlerinin tad ek idir. Meyvelerin fermentasyonuyla elde edilen alkol de oksijenli organik bile ikler grubuna girer. Meyvelerin ho kokusu bir grup oksijenli organik bile iklerden gelir. Bu konuda da bu grup bile iklerle tan aca z: Kavramlar Alkoller Fermentasyon (mayalama) Karboksil asitler Esteri kasyon (esterle me) Esterler 94

95 V.1. ALKOLLER Gördü üm z gibi organik bile iklerin s n and r lmas, farkl kriterlere göre yap labilir. Yap s na göre s n and r lmada, öyle denilen oksijenli bile ikler alkol olarak bilinen organik bile ikler girer. Onlar için karakteristik fonksiyonel grup hidroksil grubudur do rusu OH grubudur. Bu bile ikler ayn grubu içeren anorganik bile iklerle benzer midirler? Alkollerin eriyikleri turnusol ka d n n maviye boyarlar m? Bu sorular n cevab n bu konuda bulabileceksin. V.1.1. ALKOLLER N YAPISI, AYRILMASI VE NOMENKLATURÜ (adland r lmas ) Alkollerin yap s Alkollerin yap s nda u elementler bulunur: karbon, hidrojen ve oksijen. En basit alkollerin kimyasal formülleri öyledir: Metanol Etanol Propanol Resim V.1. Metanol ve propanol moleküllerinin modelleri Bu bile iklerin formüllerinden de görüldü ü gibi her biri hidrojen ve oksijenden olu an OH hidroksil grubu içerir. Hidroksil grubu radikale ba l d r. Ona göre diyebiliriz ki alkoller baz radikale ba l olan OH ( hidroksil grubu) içeren organik bile iklerdir. Radikal R OH Hidroksil grubu Hidroksil grubu (-OH) alkollerin fonksiyonel grubudur ve alkollerin özellikleri bunlara ba l d r. 95

96 Alkollerin ayr lmas Yap s nda bir hidroksil grubu içeren alkollere monohidroksil alkoller denir. Öyle alkoller örne in: metanol, etanol ve propanoldur ki bunlar n formüllerini görmü tük. Baz alkoller iki veya fazla hidroksil grubu içerebilir fakat onlar farkl karbon atomlar na ba l d rlar. Demek ki, alkollerin olas l ayr lmas ndan biri alkolün molekülünün içerdi i hidroksil grubunun say s na göredir. CH 2 OH CH 2 OH Bu alkol ikihidroksil grubu içerdi i için dihidroksil alkoldür. Etan -1, 2- diol olarak adland r l r fakat glikol gibi bilinir. CH 2 OH CH OH CH 2 OH Bu alkol üçhidroksil grubu içerdi i için tri hidroksil olkoldur. Propan -1,2,3- triol olarak adland r l r fakat gliserol olarak bilinir. Dihidroksil alkoller ikihidroksil grubu içerirler. Bu tür alkol örne in hergünkü ya amda glikol olarak bilinen alkoldür. Yap s nda üç hidroksil grubu içeren alkollere ise trihidroksil alkoller denir. Bu tür alkol ise örne in hergünkü ya amda gliserol olarak bilinen alkoldür. Alkollerde nomenklatür (adland rma) imdiye kadar and m z örneklerden fark edebiliriz ki tüm alkollerin adlar ol son eki içerirler. Örnekler: CH 3 OH metanol 4 9 butanol C 2 H 5 OH etanol 5 11 pentanol 3 7 propanol C 6 H 13 OH heksanol Bu örneklerden görüyorüz ki alkollerin ad alkan ile ayn karbon say s olan alkan n ad na ol son eki eklenerek yap l r. Monohidroksil alkollerin ad ise alkil radikalin ad na alkol sözcü ünün eklenmesiyle olur. Örne in: 3 metil alkol 3 2 etil alkol Çok say da karbon atomu olan alkollerde ise hidroksil grubu farkl yerlere daha do rusu farkl karbon atomlar na ba lanabilir. 96

97 Hidroksil grubu bulundu u yer ol son ekinden önce say ile belirlenir. Say land rma ise hidroksil grubunun dizinin (zincirin) hangi taraf na daha yak nsa o taraftan yap l r. Örne in u alkolleri adland ral m: CH 3 CH 2 CH 2 OH CH 3 CH CH 3 OH A B A Dal n ad ve yeri En uzun karbon dizisi Bile i in yeri ve çe idi / Butan 1-ol B Dal n ad ve yeri En uzun karbon dizisi Bile i in yeri ve çe idi / Propan 2-ol Demek ki: A daki alkolun ad butan -1-ol dur, B deki alkolun ad ise propan -2-ol dur. E er alkol yap s nda iki veya daha çok hidroksil grubu içerirse, -ol son eki önüne di, tri, tetra, v.b. ön ekleri konulur, onlar hidroksil grubunun say s n belirler. Örne in: CH 2 CH 2 CH CH 3 CH 5 CH 2 CH CH CH 3 OH OH OH OH Butan-1,3-diol Pentan-2,3-diol NE Ö REND N? 1. Verilen kimyasal formüllerin hangileri alkolleri temsil eder? ) NaOH; b) C 2 H 5 OH; c) CH 3 CH(OH)CH 2 CH 3 ; d) Ca(OH)Cl; e) HOH 2 C-CH 2 OH. 2. Önceki soruda verilen alkollerin adlar n oku. 3. Kimyasal formülü C7H15OH olan alkolün ad heptamoldur. Radikal nomenklatürüne göre onun ad nedir? 4. Verilen alkollerin rasyonel formüllerini yaz: ) heksan-1,3,5-triol; b) pentan-3-ol; c) propan-1,3-diol; d) heptan-5-ol; e) nonan-1-ol. ARA TIR! Atom modelleri veya bilgisayar program kullanarak, butan -1-ol ve butan -2-ol moleküllerinin modellerini yap. Bu bile ikler aralar nda nas ld rlar? Neye göre farkl d rlar? 97

98 V.1.2. ETANOL Etanolun elde edilmesi Etanol veya etil alkol kimyasal formülü 3 2 olan alkol çok eskiden insanlar n bildi i süpstanst r. Asl nda alkol sözü kullan l nca bu bile ik dü ünülür. Etanolun elde edilmesinin en eski yöntemi üzüm ekerinin glikozen fermentasyonu (mayalanmas ) d r. Bu süreç üzüm kabuklar nda bulunan maya mantarlar sayesinde gerçekle ir. Maya tepkimeyi h zland rd için katalizördür. Canl organizmalarda tepkimeleri h zland ran katalizörlere (bu durmuda onlar maya mantarlar d r) biyokatalizörler veya enzimler denir fakat fermentler de denir. Üzüm ekerinin fermentasyonu (mayalanmas ) s ras nda etil alkolden ba ka karbon dioksit de serbest edilir. Karbon dioksid gaz oldu undan dolay kaynamaya benzeyen köpük olu turur, aradanda da bu sürece kaynama denilmi tir. Etanolun elde edilmesi u denklem ile gösterilebilir: Maya C 6 H 12 O 6 2C 2 H 5 OH + 2C0 2 Glikoz Etanol Resim V.2. Ezilmi üzüm, C s cakl nda mayalan r öyleki CO 2 serbestle ir. Endüstride etanol, etene suyun adisiyonu ile yüksek s cakl k ve yüksek H H H H C H Eten C H + H OH H C H Etanol C OH H Etanolun özellikleri Etanolun özelliklerinin bir bölümünü ke fetme için bizim küçük laboratuvar m zda verilmi olan deneyleri gerçekle tirece iz. Gerçekle tirilen deneylerden etanolun renksiz ho ve karakteristik kokulu s v oldu unu söyleyebiliriz. Etanol büsbütün tümüyle suda erir, bu da içerdi i OH grubunun su molekülleriyle çekme özelli indendir. Karbon say s az olan alkoller de suda erir. Fakat karbon dizisinde karbon atom say s n n artmas yla alkollerin suda erime yetene i azal r fakat baz organik eriticilerin erime yetene i artar. Etanol ço u kat ve s v süpstanlar iyi eritir. 98

99 Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: etanolun özelliklerini ke fet! Gerekli araç ve süpstanslar: Deney tüplük, su, s v ya, iyot kristalleri ve az c k benzin. Yöntem: üç tüpe etanol koy ( 2cm 3, 5cm 3 ve 8cm 3 ). Tüpleri su ile doldur öyleki etanol ve suyun hac mlar n n önce 10cm 3 olsun sonradan onlar kar t r. Sonra mezür ile her tüpün harc m n ölç. Ne fark ediyorsun? Ba ka üç tüpün herbirine 5cm 3 etanol koy ilk tüpe birkaç damla benzin, ikincisine s v ya üçüncüsüne ise birkaç iyot kristali koy. De i iklikleri farket. Porselen kaba damlal kla az c k etanol koy dikkatlice yanan kibriti yakla t r. Ne farkediyorsun? Dikkatle ö retmenin ne yapt n gözlemle! Tüpe 2mL alkol konulur. Tüp spora s k ca tutturulur. Bezelye tanesi büyüklü ünde sodyum parças al n r ve etanolun oldu u tüpe konulur. Tüp, içinden cam çubu un geçti i t pa ile kapat l r. Serbestle- en gaza yanan kibritçik yakla t r l r. Etanol 78 C kaynar. Yak ld nda mavimsi alevle yanar ve bu s rada karbon dioksid ve su elde edilir. Tepkimeyi u denklemle gösterilebilir: C 2 H 5 OH + 3O 2 = 2CO 2 + 3H 2 O Etanolun kimyasal özellikleri içerdi i OH grubuna ba l d r. Etanol genelde hidroksil grubunun kat ld birçok farkl tepkimeye girer. Etanolun sülfürik asidiyle dehidrasyon sürecinde eten elde edilir. H 2 SO 4 C 2 H 5 OH C 2 H 2 -H 2 O 2 Gerçekle tirdi imiz deneylerin sonuncu deneyinden etanolun sodyumla tepkimeye girdi i bu arada hidrojenin de serbest edildi i kan s na vard k. (serbest edilen gaz n yanmas bunun yan t d r ). Bu tepkimeden sodium etanolat bile i i elde edilir. (bu gibi bile iklerin genel ad alkoholatd r ) gerçekle tirilen kimyasal tepkimeyi u denklemle gösterebilirz: 2C 2 H 5 OH + 2Na = 2C 2 H 5 ONa + H 2 Sodyum Etanolat Di er alkollerinde etanola benzer kimyasal özellikleri vard r. Etanol çok daha ba ka tepkimelere de girer örne in asitlerle v.b. gibi Resim V.3. etanol mavi alevle yanar. 99

100 Etanolun kullan Etanol pazarlamada genellikle ispirto ad ile bilinir (%96 etanol ve su kar m d r), denatüre alkol gibi de ( zehir veya kokusu ho olmayan baz süpstans kat lan alkol) ve saf alkol (%100 saf alkol) olarak rastlan r. Resim V.4. arap bodrumu. arap %12 etanol içerir fakat rak ise %50 etanol içerebilir. Resim V.5. Parfümler etanol içerir. Is t ma gereci ve eritici gibi kullan yan s ra ispirto t pta dezenfekte gereci olarak kullan l r. Fakat maddeleri eritebilme özelli inden ve kolay buharlanabilmesinden dolay etanol parfümlerin üretiminde de kullan l r. Farkl bitkisel ürünlerin fermestasyonu ile elde edilen alkollü içeceklerde etanol vard r. Farkl içeceklerde etanolun içeri i farkl d r. nsanlar, örne in: bira, arap, rak gibi farkl alkollü içecekler kullan rlar. Organizmaya giren alkol miktar na ba l olarak insanda farkl manifestasyonlar olu ur. Onlar a a daki tabelada verilmi tir. Tabela V.1. Etanolun insan organizmas üzerine olan etkisi Etanolun organizmadaki % si 0,1 e kadar 0,15 0,2 0,5 üzeri Organizmada etkisi Ne eli ruh hali Kontrolsuz hareketler lk zehirlenme i aretleri Genelde ölüm ile sonlan r Resim V.6. alkol ba ml l k hastal, alkolizmin olu mas n sa lar. Tabela V.1 den görülebilir ki alkolün organizmaya girmesi ba ta ne elendirir fakat sonradan insan kendi hareketlerini kontrol edemez. Büyük miktarda alkolun al nmas zehirlenmeye hatta ölüme de yol açar. E er insan alkolü uzun zaman ve büyük miktarda al rsa ona ba ml oluyor ve alkolizim denilen hastal n i aretleri olu maya ba l yor. Alkolizim ba ml l k hastal d r ve onun ilaçlanmas için özel yard ma ihtiyaç duyulur. Alkol karaci eri, sinir sistemini ve beyni yok eder. Organizmin bütün fonksiyonlar bozulur. Alkolik, ki ilik olarak çöker, ruhsal ve ziki olarak mahfolur. Onunla birlikte en yak nlar da eziyet çeker. 100

101 NE Ö REND N? 1. Etanolun endüstride elde edilme tepkimesinin denklemini yaz. 2. Etanolda, karbonun, hidrojenin ve oksijenin kütle paylar n hesapla. 3. Potasyum etanolat n formülü nedir? 4. Etanolun yanma tepkimesinin denklemini yaz. ARA TIR! Üzüm ( suyunun ) mayalanmas s ras nda serbest edilen gaz n karbon dioksit oldu unu nas l kan tlayacaks n. V.2. KARBOKS LL AS TLER Biliyoruz ki, bile ikler yap lar na ve özelliklerine göre organik ve anorganik olarak ayr lm lard r. Anorganik asitlerinin örne in: sülfürik, nitrik, hidroklorür v.b. gibilerin özelliklerini ö rendik. Fakat ortak ad karboksil asitler olan organik bile ikler de vard r. Bu asitler,yap lar na göre oldu u gibi bulunu lar ve özelliklerine göre de organik asitlerden farkl d rlar. Onlar için a a da söz edilecektir. V.2.1. KARBOKS LL AS TLER N BULUNU U YAPISI VE NOMENKLATÜRÜ ( ADLANDIRILMASI ) Karboksilli asitlerin bulunu u Canl do ada, anorganik asitlere k yasen organik asitler daha yayg nd rlar. Is rgan otu tenimize de ince veya ar yada kar nca s r nca deride k zar klar olu ur. Onun sebebi kar ncalar n salg land asit ö.d. kar nca asidi dir. Organik asitler ço u besin ürünlerinde vard r. Öyleki, farkl meyve ve sebzelerdeki ek i tad içerdikleri asitlerden kaynaklanmaktad r. Limonda limon asidi, yo urt ve (pavlakada) kaymakta süt asidi vard r. Resim V.7. Is rgan otuna dokununca ve ya kar nca s r nca, salg lanan kar nca asidinden deride k zar klar olu ur. Anorganik asitlerinin oldu u gibi organik asitlerinin de bu ürünlerde bulunur. Bulunmas turnusol ka d veya ba ka (indikatör) göstergelerle kan tlanabilir (ispatlanabilir). 101

102 Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: meyvede organik asitlerinin bulundu unu kan tla. Geregli gereç ve supstanslar: Farkl meyveler, süzgeç, tüpler, turnusol ka d. Yöntem: farkl meyvelerin suyunu s k (örne in: limon, portakal, elma ve üzüm) ve farkl tüplere koy. Her tüpe turnusol ka d parças koy. Ne farkediyorsun? Kulland m z meyve sular nda turnusol ka d, k rm z ya boyan r. Demek oluyor ki, meyvelerden s k lan meyve suyu asit içerir. Karboksil asitlerinin yap s Alkoller gibi karboksil asitler de C, H ve O elementlerinden olu mu tur. Alkollerden nas l farkl olduklar n görebilmek için s radaki formülleri incele: H-COOH CH 3 -COOH CH 3 CH 2 COOH Veya strüktürik ekilde yaz lm : H O O O C CH 3 C CH 3 CH 2 C OH OH OH Resim V.8. a) metan asidi b) etan asidi modelleri Bile iklerin formülleri ve modellerinden farkedebiliriz ki tüm asitler yap s nda -COOH grubunu içerirler, bu grubun ad karboksil grubudur. Demek, Organik asitlerin fonksiyonel grubu karboksil grubudur. Oradan da onlara ortak bir adla karboksil asitler denir. O C OH Karboksil grubu Karboksil grubu Hidroksil grubu 102

103 Karbokil asitlerde COOH karboksil grubu radikale ba l d r. Ona göre, Karboksil asitler karboksil grubundan ve radikalden olu an organik bile ikleridir. HCOOH formülü olan metan asidi kar nca asidi hariç onun strüktüründe karboksil grubu radikal yerine hidrojen atomuna ba l d r. Ondan dolay, metan asidinin di er organik asitlerden farkl kimyasal özellikleri vard r ve en güçlü organik asitlerden biridir. Yap lar nda iki ya da fazla karboksil grubu olan organik asitleri oldu u gibi radikalinde di er fonksiyonel gruplar içeren asitler de vard r. Oksalik Süt Alanin asit asidi (aminoasit) Stearik asit Yüksek ya asitleri Oleik asidi salisilik asidi Öyleki, örne in: yap s nda fazla karboksil grubu içeren asitler vard r (örne in oksal), hidroksil grubu olan asitler (süt, salisil), amino gruplu (alanin) ö.d. aminoasitler v.s. Bunlar uzun karbon dizili olan asitlerdir (çok say da C-atomlu), doymu (örne in: stearin) ve doymam (örne in: olein) olabilirler. Karboksilli asitlerde nomenklatür (adland rma) Karboksilli asitlerde adland rma öyle yap l r: asit ile ayn say da karbon atomu içeren alkan n ad na oik asit eki getirilir. Örne in: CH3 COOH CH3 CH2 CH2 COOH Etanoik asidi Butanoik asidi 103

104 Asidin bulundu u yere göre onlar ö.d. triviyal adlarla da adland rabiliriz örne in: limon asidi, üzüm asidi, süt asidi, kar nca asidi, sirke asidi v.b. V.2.2 ETANO K (ASET K) AS T Di er grup bile iklerde oldu u gibi karboksilli asitlerde de ortak fonksiyonel grubundan (karboksil) dolay çok ortak özellikleri vard r. Öyleki, onlardan birinin özelliklerini ara t r rken tüm grubun özellikleriyle ilgili bir genelleme yapabiliriz. Onu, hergünkü ya amdan bildi imiz sirke asidi örne iyle gösterece iz. Etanoik (asetik) asidinin elde edilmesi Etanoik asidinin elde edilmesinin en eski yöntemi öyle denilen sirke-asit fermentasyonu dur. Bu elde etme yöntemini örneklerle gösterece iz. Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: Etanoik asidinin elde edilmesi Gereken gereç ve supstanslar: Bir bardak beyaz arap, sodyum asetat, sülfürik asidi, havan ve havaneli, ka k Yöntem 1: bir barda yar ya kadar beyaz arapla doldur. arab n özelliklerini kaydet (renk, koku, tad). Barda 20 C s cakl kta aç k ekilde birkaç gün b rak. Bundan sonra bardaktaki s v n n özelliklerini kontrol et. Mavi turnusol ka d ile de deney yap. Ne farkediyorsun? Yöntem 2: porselen avan n içine yar ka k sodyum asetat koy. Supstans havaneli ile ufala sonra da 2-3 cm 3 seyreltik sülfürik asidi ekle. Kar m iyice kar t r. Avandan sonra do ru elini salla, kok ve hangi supstans söz konusudur ke fet. lk deneyden görüldü ü gibi birkaç gün durduktan sonra bardaktaki arap ek imi ve sirke elde edilmi tir. Sirke yap s nda %5 c var nda sirke asidi bile i- i bulunan kar md r. Asl nda araptaki etanol oksijenle ba lan r daha do rusu oksitlenir ve sirke asidi elde edilir. Tepkime sirke bakterilerinin etkisi alt nda gerçekle ir daha do rusu onlar n salg lad - enzim sayesinde gerçekle ir. Ondan dolay bu tepkime sirke-asit fermentasyonu ad ile bilinir. Sirke asidi onun tuzuna kendisinden daha güçlü anorganik asit ile etki edersek o zaman da elde edilebilir. Bunu da gerçekle tirdi imiz ikinci deneyden görebiliriz. Hissedilebilen karakteristik koku asl nda sirke asidinin kokusudur. Sirkenin elde edildi i bu yöntemden ba ka saf sirke asidinin elde edilmesi için farkl yöntemler de vard r. 104

105 Sirke asidinin elde edildi i tepkimelerin denklemleri unlard r: CH 3 CH 2 OH + O 2 Etanol CH 3 COOH + H 2 O Sirke asidi 2NaCH 3 COO + H 2 SO4 = Na 2 SO 4 + 2CH 3 COOH Sodyum asid sirke asidi Endüstride a ac n kuru dam t m sürecindeki ürünlerinden biri olarak sirke asidi elde edilebilir. A ac n havas z ortamda çok say da farkl supstanslara ayr t bu süreç çok bile ik endüstri sürecidir. Sirke asidinin özellikleri Saf sirke asidi renksiz s v d r, 20 C s cakl kta buza benzeyen kristal supstansa geçer, glasiyol sirke asidi ad ile bilinir. Sirke asidinin kendine has sert bir kokusu vard r, suda kolay erir. Glasiyol sirke asidinden ba ka pazarlamada esans (deri ik sirke asidi su eriyi i) ve sirke (%3-9 eriyik) adlar ile rastlan r. Resim V.9. Glasiyol sirke asidi Saf sirke asidi ve esans zehirlidirler ve onlar kullan rken dikkat edilmelidir çünkü kemirirler. Asidi seyrekle tirirken (seyreltmek) anorganik asitler suda eritmek için kullan lan kural n ayn s gerçekle ir az porsiyonlarda asit suya dökülür. Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: sirke asidinin baz özelliklerini ara t r Gerekli gereç ve supstanslar: Üç küçük bardak turnusol ka d, alkollü sirke, çelik (yünü) li, çinko kapl lim teneke ve aluminyum folyosu. Yöntem: a) turnusol ka d n koydu unuz üç küçük barda n yar s na kadar alkollü sirke koy. Turnusol ka d n rengi nas l boyan r? Birinci barda a bir parça çelik yünü, ikinci barda a bir parça çinko kapl teneke, üçüncü barda a aluminyum folyosu koy. Meydana gelen de i iklikleri gözlemle. Bu tepkimeler esnas nda ne serbest edilir? Kimyasal davran aç s ndan denilebilir ki, sirke asidinin baz özellikleri (di er karboksil asitlerinde) anorganik asitlerinin özellikleriyle ayn d r. Tüm asitlerde oldu u gibi sirke asidi eriyi inde de mavi turnusol ka d k rm z ya boyan r. Sirke asidi baz metallerle yava tepkimeye girer, böylece sirke asidinin tuzu olu ur ve hidrojen serbestle ir. Sirke asidinin tuzlar na asetatlar denir. 2CH 3 COOH + Zn = Zn(CH 3 COO) 2 + H 2 Çinko asetat 105

106 Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: sodyum karbonat n sirke ile tepkimesini gerçekle tir. Gerekli gereç ve supstanslar: Bardak, sodyum karbonat, sirke Yöntem: büyük bir barda a veya kavanoza yar ka k sodyum karbonat (NaHCO 3 ) koy ve biraz sirke ekle. Sirkeyi ekledi inde ne oluyor? Köpü ün üzerine yanm kibrit yakla t r. Kibrit yanmaya devam edecek mi? Serbestle en gaz hangi gazd r? Sirke asidi asit gibi bazlarla neutralizasyon (nötrle me) tepkimesine girer. Sonra da onun tuzlar ndan asetatlar ve su elde edilir, örne in: CH 3 COOH+NaOH = NaCH 3 COO+H 2 O Asetatlar herhangi bir metalin tepkimesiyle de elde edilirler. 2CH 3 COOH + Zn = Zn(CH 3 COO) 2 + H 2 Çinko asetat Sirke asidi ondan daha ha f olan, di er asitlerin tuzlar yla da tepkimeye girer. Öyleki, sirke asidinin karbonatlar ve hidrojen karbonatlarla tepkimeye girmesiyle karbon dioksit serbest edilir. NaHCO 3 + CH 3 COOH = NaCH 3 COO + CO 2 + H 2 O Sirke asidinin ayn öyle di er karboksil asitlerin de girdi i çok önemli tepkimesi alkollerle olan tepkimesidir. Bu tepkime çe idiyle esterler denilen büyük bir grup organik bile ikler elde edilirler. Alkol ile asidin tepkimesiyle ester ve suyun olu mas tepkimesine esterle me denir. esterle me AS T ALKOL ESTER SU Hidroliz H 2 SO CH 4 3 COOH + HO CH 2 CH 3 CH 3 COO CH 2 CH 3 + H 2 O Sirke asidi Etanol Etilasetat Esterle me tepkimesinde su serbest edilir. Asidin molekülünde OH grubu ve alkolün molekülündeki H atomundan suyun molekülü olu ur. Esterle me tepkimesi dönü ümlü tepkimedir. Demek ki, ester ve su aralar nda tepkimeye girince tekrardan alkol ve asit elde edilir. Bu tepkimeye hidroliz denir. Esterin ayr mamas için sülfürik asidi eklenir o da olu an suyu al r. Esterler ço u do al ürünlerin yap s na girer. Meyvelerin kokular ço unlukla esterlerden dolay d r. Özellikle yüksek ya asitlerinin esterlerinin önemi büyüktür, onlar için daha sonra bahsedilecektir. 106

107 Sirke asidinin kullan Sirke olarak ( %3-9 eriyik), sirke asidi beslenmede ve sebzelerin konzerve edilmesinde kullan l r. Endüstride eritici olarak ve sentetik li erin sentezinde boyalar, cilalar ve ba ka supstanslar n sentezinde kullan l r. Dü ük alkollerde olan esterlerin ço u meyvelerde vard r ve ondan dolay yiyecek maddelerin aromatize edilmesinde kokulu malzeme ve ekstrakt olarak kullan l rlar. Resim V.10. Etilasetat molekülünün modeli Resim V.11. çerdi i esterlerden dolay çile in ho kokusu ve tad vard r. NE Ö REND N? 1. Verilen kimyasal formüllerden hangileri karboksi l asitleri temsil eder: C 3 H 7 COOH; C 5 H 11 ; CH 3 CHCICOOH; ( COOH) 2 ; CH 3 COCH 3? 2. Verilen asitlerin adlar n oku : C 7 H 15 COOH; C 6 H 13 COOH; HCOOH ve C 10 H 21 COOH. 3. Sirke asidinin, metallerle olan tuzlar n n kimyasal formüllerini yaz: sodyum, kalsiyum ve aluminyum. 4. Sirke asidinin verilen supstanslarla olan tepkimelerini denklemlerle göster: ) çinko; b) potasyum hidroksil; c) butanol. 5. Alkollü sirkede, sirke asidinin kütle pay %9 dur. 15 kg sirkede saf sirke asidinin kütlesini hesapla. ARA TIR! Tan nm ilaç olan aspirindeki ilaçl komponenti asetil salisilik asididir. Bu supstans esterler grubuna girer. ki asitten esterin olu mas a rt c d r. nternet veya di er bilgi kaynaklar ndan salisik asidiyle ilgili ve bu esterle ilgili bilgiler aray n ve ester ba n n nas l olu tu unu ö renin. Ara t rma sonuçlar n prezentasyon-sunum için haz rlay n. 107

108 KÜÇÜK HATIRLATICI Alkol ve karboksil asitler, karbon, hidrojen ve oksijenden olu an organik bile iklerdir. Alkollerin fonksiyonel grubu OH grubu, hidroksil grubudur. Alkollerin adlar -ol son ekiyle biter Enzimler biyokatalizörlerdir. Etanol (etil alkol), C 2 H 5 OH maya mantarlar nda bulunan supstanslar n etkisi alt nda ekerin fermetasyonuyla ( mayalanmas yla) elde edilir. Ondan ba ka etene suyun adisyonuyla da elde edilir. Büyük miktarda etil alkolün organizmaya girmesiyle zehirlenme meydana gelir. Organizmaya sürekli alkolün girmesi alkoliz m denilen ba ml l k hastal n n olu mas na sebep olur. Karboksilli asitlerin fonksiyonel grubu (-COOH) karboksil grubudur.. Alkol ile asidin tepkimesinden ester bile i inin ve suyun olu mas tepkimesine esteri kasyon (esterle me) denir. Sirke asidi ( etan asetit asit ) CH 3 COOH, endüstride sirke-asit fermentasyonuyla ya da a ac n kuru dam t m yla elde edilir. Laboratuvarda onun tuzlar n n kendisinden daha güçlü olan asitlerle tepkimeye girmesiyle elde edilir. Sirke asidinin tuzlar na asetatlar denir. 108

109 VI. ÖNEMLi BiYOLOJiK BiLE ikler Biliyor musun ki... Canl organizmalar n yap s nda belirli say da elementler yer ald ndan dolay onlara biyojenik elementler denilir. Onlardan en çok: karbon, hidrojen, oksijen ve azot bulunur. Biyojenik elementlerden albuminler, karbonhidratlar, lipidler v.s gibi biyobile iklerin molekülleri olu mu tur. nsan ve hayvanlar bu elementleri besin ile al rlar. Onlar n ayr mas yla organizmada farkl fonksiyonlar n gerçekle mesi için gerekli olan ya da biyobile iklerin yeni moleküllerinin sentezi için gerekli olan enerji serbestlenir. Bu kimyasal ve enerji de i im süreci ömür boyunca sürer. Kavramlar Biyojenik elementler Biyobile ikler Karbonhidratlar ( ekerler ) Albuminler Ya lar ve s v ya lar Sabunlar 109

110 VI.1. KARBONH DRATLAR VI.1.1. KARBONH DRATLARIN BULUNU U, YAPISI VE AYRILMASI Karbonhidratlar n bulunu u ve yap s Dünyan n en büyük laboratuvar n ormanlar do rusu bitkiler olu turur, onlara dünyan n akci erleri denir. Bitkilerde en önemli biyokimyasal tepkime olan fotosentez süreci gerçekle ir. Bu süreç havadaki karbon dioksid ve topraktaki su kat lar sürecinde güne nlar ve bitkilerdeki kloro l e li inde gerçekle ir. Ondan sonra havaya oksijen serbest edilir, bitkilerin ye il yapraklar nda ise en basit ekerler olu urlar. ekerlerin olu mas bile ik bir biyokimyasal süreçtir, onu daha basit olarak u kimyasal denklemle gösterebiliriz: Güne nlar 6CO 2 + 6H 2 C 6 H 12 O 6 + O 2 kloro l Glikoz Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: karbonhidratlar n yap s na hangi elementler girer ke fet. Gereken gereç ve supstanslar: Üç cam saati, cam bardak, damlall k, seramik parça, kibrit, eker, un, pamuk, deri ik sülfürik asidi. Yöntem: üç cam saati üzerine eker, un ve pamuk koy. Her supstans n üzerine damlal k ile deri ik sülfürik asidi damlat. Ne tür de i iklikler olacak gözlemle. Seramik parça üzerine küp eker koy, küpün öbür kenar na biraz sigara külü koyun. ekeri kibrit ile yak, yanarken cam bardakla ört, ekerle ne olacak ve barda n duvarlar nda ne farkediliyor? Bitkiler ekerleri yap supstanslar (örne in: selülöz) veya yedek besin olarak (örne in: ni aste) kullan rlar. nsan ve hayvanlar için ekerler her eyden önce besin ve enerji kayna d r fakat ayn zamanda organizman n korunma sisteminin yap s na da girer. Ço u supstanslar ilk görü te çok farkl görünseler de örne in: eker, un ve pamuk gibileri yap lar nda ayn gruba ait olan bile ikler vard r. Onlar da karbonhidratlard r ya da onlara daha ekerler de denir. Deri ik sülfürik asidinin etkisinden un, eker ve pamu un kararmas bu supstanslar yap lar nda karbon içerdiklerinin kan t d r. ekerin yanmas s ras nda barda n duvarlar nda su damlac klar n n olu mas asl nda hidrojen ve oksijen elementlerinden olu an bile ikler içerirler. 110

111 Bundan dolay bu bile iklere karbonhidratlar (karbon ve sudan olu an) ismi verilmi tir. Önceleri tatl tad olan tüm bile iklerin ekerler oldu u dü ünüldü ünden bu bile ikler eker ismini de ta rlarm. Günümüzde her iki ismin uygun olmad saptanm fakat yine de her iki isim kullan lmaktad r. Karbonhidratlar n ayr lmas ekerlerin ayr lmas farkl kriterler göre yap l r, mesela: Karbon atomlar n n say s na göre ; Fonksiyonel grubun çe idine göre ve ekerlerin bile iklerine göre. Bizler ekerleri ö renirken, ekerlerin ayr lmas n onlar n bile ikli ine göre kullanaca z. S radaki tabelada karbonhidratlar n ayr lmas, hidroliz tepkimesiyle (suyun birle mesiyle olu an tepkime) daha basit ekerlere ayr p ayr mamalar na göre verilmi tir. Tabela VI.1. Karbonhidratlar n bile ikli ine göre ayr lmas KARBONH DRATLAR Monosaharidler (basit ekerler) Oligosaharidler (10 monosaharide kadar) Polisaharidler (bile ik ekerler) Glikoz Fruktoz Saharoz Laktoz Ni asta selülöz VI.1.2. MONOSAHAR DLER Monosaharidler en basit ekerlerdir. Demek ki, monosaharidler molekülleri daha basit ekerlere ayr mayan ekerlerdir. Monosaharidler en önemlileri: glikoz ve fruktozdur. Resim VI.1. Bal, glikoz ve fruktozdan olu an do al kar m d r. Resim VI.2. Glikoz, üzümde bulunur ad n da ondan alm t r. 111

112 Glikoz (üzüm ekeri), serbest halde üzümde ve balda bulunur. Bile ik halde ise bile ik ekerlerin yap s nda beslenmede kulland m z ekerde, ni asta ve selülözde bulunur. nsan kan nda da vard r. Sa l kl insan n kan nda 1litre kanda 3,3-6,5 aras mmol glikoz bulunur. Glikozen polisaharidin ba l olan glikoz karaci erde yedek eker olarak depolan r. Kandaki glikozun seviyesi normalin alt na dü erse glikojen yeniden glikoza kadar ayr r. Fruktoz (meyve ekeri) meyvelerde serbest halde bulunur. Baz bile ik ekerlerin yap s na girer. Bal, e it miktarda glikoz ve fruktozdan olu an kar md r. Glikoz ve fruktozun yap s Glikoz ve fruktozun kimyasal yap lar ayn d r. Karbon, hidrojen ve oksijenden olu mu turlar, ayn molekül formülleri de C 6 H 12 O 6 vard r. Fakat moleküllerindeki atomlar n s ralanmas aç s ndan farkl d rlar, onlar n strüktürlerinden de görülebilir. O O H C C H OH H H C C OH OH OH C H OH C H H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH H Glikoz H Fruktoz E er bu iki bile i in formülleri dikkatle incelenirse, yap lar nda daha çok hidroksil grubu ve bir aldehid grubu (glikozda) do rusu bir keto grubu (fruktozda) içerirler. Aldehid olarak adland r lan bile iklerin fonksiyonel grubu aldehid grubudur, ketonlar olarak adland r lan bile iklerin fonksiyonel grubu ise keti grubudur. C H Aldehid grubu O C Keto grubu O Glikoz ve fruktozda karbon atomlar aç k dizide ba l olmaktan ba ka (yukar da verilen strüktür formüllerinden de görüldü ü gibi) su eriyiklerinde moleküllerinin siklik strüktürü oldu u tespit edilmi tir. Resim VI.3. Glikoz ve fruktozun siklik strüktürlerinin modelleri 112

113 Glikoz ve fruktozun kimyasal formüllerinden yap lar ndaki fonksiyonel gruplardan monosaharidler öyle tan mlanabilirler: Monosaharidler, polihidroksil aldehidler veya ketonlard r. Glikoz ve fruktozun özellikleri Glikoz ve fruktoz beyaz kristal eklinde, tad tatl olan supstanslard r, (fruktozun glikozdan daha tatl tad vard r), suda erirler. Farkl fonksiyonel gruplar ndan dolay (aldehid ve keto) ve farkl strüktürlerinden dolay onlar n farkl kimyasal özellikleri vard r. Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: glikoz ve fruktoz Feling eriyi- i ile tepkimeye girer mi kontrol et. Gereken gereç ve supstanslar: Deney tüplük, ispirto lambas, cam çubu u Yöntem: ayr tüplere 5 er cm 3 glikoz ve fruktoz eriyi inden koy. Glikoz eriyi i olan tüpe 1cm 3 Feling 1 eriyi inden ve 1 cm 3 Feling 2 eriyi inden ekle ve kar t r (eriyikleri ö retmenin haz rlayacak. Feling 1, bak r (II) sulfat pentahidrat eriyi idir, Feling 2 ise arap asidi tuzunun baz eriyi idir). Tüpü görünür de i iklikler olana kadar dikkatlice s t. Fruktoz eriyi i ile de bu deneyi ayn ekilde gerçekle tir. ki deneyden elde etti in sonuçlar kar la t r. Nas l bir sonuca varabilirsin? Baz bile i in Feling eriyi i ile tepkimesinden elde edilen k rm z tortu (çökelti), bile ikte aldehid grubunun bulundu unun kan t d r. Feling eriyi i ile tepkimeyi glikoz verirken fruktoz vermez, demek ki glikozda aldehid grubunun bulundu u kan tlan r. Bu tepkimeyle ilgili sadece aldehid grubunun oksitlendi ini karboksil grubuna dönü tü ünü söyleyece iz. Resim VI.4. Glikozda aldehid grubunun bulundu unu kan tlamak için öyle denilen gümü ayna tepkimesi de kullan l r. oksidasyon 113

114 Glikoz ve fruktozun önemi ve kullan Glikoz ve fruktoz önemli biyobile ikler olmaktan ba ka önemli iktisadi hammaddeleridirler. Alkol ve alkollü içeceklerin elde edilmesinde hammadde olarak kullan l rlar. Glikoz besin endüstrisinde: ekerler, çikolatalar gibi ürünlerin elde edilmesinde kullan l r. T pta glikoz eriyi i enfuzyon eriyi i olarak da kullan l r. Resim VI.5. Glikoz organizmaya en çok üzüm ile girer. Resim VI.6. Hastalara ve takatsizlere enfuzyon vas tas yla glikoz eriyi i verilir. NE Ö REND N? 1. Fotosentez sürecinin nas l gerçekle ti ini aç kla. 2. Glikozun mol kütlesini ve molekül kütlesini hesapla e er: A r (C) = 12; A r (H) = 1; A r (O) = Neden takatsiz ve hasta insanlara glikoz eriyi i ile birlikte enfuzyon verilir? 4. Glikoz ve fruktozun, izomer bile ikler oldu u söylenebilir mi? Cevab aç kla. 5. E er izomer bile ikleriyseler, hangi çe it izomeri söz konusudur mol glikozde, glikozun kütlesi kaç gramd r? ARA TIR! Bilgisayar program veya atom modelleri yard m yla glikoz ve fruktoz moleküllerinin modellerini yap n z. Grup olarak çal n z: Glikoz ve fruktozun sudaki çözülürlü ünü ara t r: ) so uk suda b) 40 s cakl kta s t lm suda c) 60 s cakl kta s t lm suda Sonuçlar tabelada göster. Glikoz ve fruktozun çözülürlü ünün s cakl kla olan ba l l hakk nda sonuca var n z. 114

115 Disaharidlerin yap s VI.1.3. D SAHAR DLER ekerlerin ayr lmas tabelas ndan görülebilir ki disaharidler, oligasaharidler grubuna girer, yap s nda 2-10 a kadar monosaharit molekülleri içeren ekerlerdir. Asl nda disaharidlerin yap s nda iki monosaharit molekülü vard r. Monosaharid + Monosaharid Disaharid + Su C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 C 12 H 22 O 11 + H 2 O Bu kimyasal denklemden görülebilir ki, monosaharid C 6 H 12 O 6 molekülleri daha büyük moleküle ba lanm lar ve bir molekül su ayr m t r. Böylece iki heksozdan elde edilen disaharidin kimyasal formülü: C 12 H 22 O 11 E er disaharide tekrardan su eklenirse o zaman o monosaharid moleküllerine ayr acakt r. Bu tepkimeye hidroliz denir. Laboratuvarda bu tepkime asit etkisiyle gerçekle irken canl organizmalarda belirli enzimlerin etkisiyle gerçekle ir. Disaharid hidroliz Asit, enzim Bundan u sonuca varabiliriz ki: Monosaharid + Monosaharid disaharidler, iki monosaharid molekülünden olu ur ve bu s rada bir molekül su ayr r. Demek oluyor ki, Disaharidler molekülleri iki monosaharid biriminden (monosaharidin molekül kal nt lar ndan) olu an karbonhidratlard r. Daha önemli disaharidler: saharoz, laktoz ve maltozdur. Bunlar n herbiri hidroliz ile iki monosaharid molekülüne ayr rlar. Örne in: laktoz + su = glikoz + galaktoz maltoz + su = glikoz + glikoz 115

116 Saharoz Saharoz veya genelde adland rd m z gibi eker, eker kam ve eker pancar n i letilmesiyle elde edilir. Saharoz, glikoz ve fruktozun ba lanmas yla olu ur, bu arada su serbestlenir. C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 = C 12 H 22 O 11 + H 2 O Glikoz Fruktoz Saharoz Saharozun ziksel özelliklerini çok iyi biliyorsun. O beyaz Kristal supstanst r, tad tatl d r, suda erir. Is t l nca erir ve ö.d. karamele dönü ür. Is tmaya devam edersek eker karbonla r daha do rusu elementer karbon elde ederiz. Resim VI.7. Ra ne edilmi ve ra ne edilmemi ekerler, küp ekerler Bizim küçük laboratuvar m z Ödev 1: Saharoz Feling eriyi i ile tepkimeye girer mi, kontrol et. Gerekli gereç ve supstanslar: Bardaklar, tüpler, ispirto lambas (veya re o), saharoz, Feling eriyi i, seyreltik hidroklorür veya sülfürik asidi. Yöntem: bir bardakta saharoz ( eker) ve su eriyi i haz rla ve ondan iki tüpe 5 er cm 3 koy. Bir tüpe 1 cm 3 Feling eriyi inden koy ve birkaç dakika s t. De i iklikler oluyor mu fark et? eker eriyi i olan ikinci tüpe birkaç cm 3 seyreltik hidroklorür veya sülfürik asidi koy. Asidi yava ve dikkatle ekle! S cak su ile olan (su banyosunda) barda a, tüpü koyarak on dakika beklet. Sonra da birinci tüpe yapt n ayn ekilde Feling eriyi le deney yap. De i iklik var m? Birinci ve ikinci tüpteki tepkimelerden elde edilen sonuçlar kar la t r. Feling eriyi iyle olan tepkimeyi glikozda anm t k. Fakat saharoza Feling eriyi i ekleyince hiçbir de i iklik farkedilmedi- inden onda serbest aldehid grubunun olmad n anlar z. Fakat asidin etkisinden saharoz olu mu oldu u monosaharidlere ayr r. Ondan dolay hidrolizden sonra Feling eriyi i ile tepkimede, k rm z renkte çökelti farkedilir. Demek oluyor ki, saharozun ayr mas nda elde edilen ürünlerden biri aldehid grubu içerir o ise glikozdur. Disaharidlerin önemi Disaharidlerden en önemli olan saharozdur, onu hergünkü beslenmemizde ve reçel, marmelat v.b. yap m nda kullan r z. Saharoz maddesinin önemli olanlar laktez ve maltezdir. Laktoz (süt ekeri) sütte vard r. O özellikle küçük çocuklar n beslenmesinde önemlidir. Öyle denilen sütlü-asitli kaynama ile laktoz farkl süt ürünlerinin elde edilmesinde yer al r. Maltoz (tatl eker) ni astan n ayr mas yla elde edilen disaharittir. Biran n elde edilmesi sürecinde önemlidir. 116

117 NE Ö REND N? 1. Saharozun ayr ma sürecinin kimyasal denklemini yaz. 2. Reçel yap l rken, limon ya da limontozu mu eklenir? ) Neden reçele eklenirler? b) Ne zaman koyulmalar daha iyidir, reçelin kaynamas n n ba lag c nda m yoksa sonunda m? 3. Verilenlerin hangisi daha çabuk suda erir, s rala: küp eker, pudra ekeri ve kristal eker. 4. Feling eriyi i ile tepkimede aldehid grubu oksitle karboksil grubuna dönü ür. Bu durumda glikoz, indirgen mi, yükseltgen midir? ARA TIR! - Baz bile ikte aldehid grubunun bulundu u örne in: glikozda öyle denilen gümü ayna tepkimesiyle de kan tlanabilir daha do rusu Tolens reagensi tepkimesiyle. ) Bu tepkimenin nas l tepkime oldu uyla ilgili bilgi aray n; b) Deneyi gerçekle tirmek için plan yap n; c) Ö retmenin yard m yla deneyi gerçekle tir. - sütte, süt ekeri laktozun bulundu unu biliyorsun. imdiye kadar ö rendiklerinden istifade ederek kendi plan n yap ve yöntem teklif et. Polisaharitlerin bulunu u VI.1.4.POL SAHAR TLER ekerin ayr lmas nda bile iklik derecesine göre polisaharitler en yüksek yerdedirler. Onlar ö.d. bile ik ekerlerdir. Do ada en yayg n polisaharitler ni asta ve selülozdür. Selüloz bitkisel hücrelerin hücre zar n n yap s na girer. Baz bitkiler örne in pamuk gibi neredeyse saf selülozdür. Gevi getiren hayvanlar, selülozü besin olarak kullan rlar çünkü ba rsaklar nda onu ayr t rabilen mikroorganizmalar vard r. Di er memelilerin organizmalar nda selülozü glikoza kadar ayr t ran enzimler yoktur. 117 Resim VI.8. Pamuk neredeyse temiz (saf) selülozdür.

118 Resim VI.9. Patates çok miktarda ni asta içerir ve insan n temel besinidir. Ni asta, bitkilerde yedek polisaharittir. Ni asta tanecikleri eklinde her bitkiye özel ekilde en çok tah llar n tanelerinde, m s rda, patateste ve di er bitkilerde vard r. Beslenmede önemlidir çünkü enzimlerin etkisinden organizmada glikoza kadar ayr r, glikoz ise organizmaya gerekli olan enerjinin temel kayna d r. Polisaharitlerin yap s Gördü ümüz gibi deri ik sülfürik asidi etkisinden un ve pamuk ( polisaharit ile zengin ürünler ) karbonla rlar. Demek ki, di er ekerler gibi polisaharitlerde karbon, hidrojen ve oksijenden olu mu turlar. Polisaharitlerin molekülleri, monosaharit moleküllerinin ba lanmas yla olu ur ve böylece su ayr r. Buna dayanarak diyebiliriz ki polisaharitler monosaharitlerin polikondenzasyon süreciyle olu urlar, demek ki monosaharitlerin molekül kal nt lar ndan olu mu turlar. Öyleki, en önemli polisaharitlerin ni aste ve selül zün molekülleri glikoz kal nt lar ndan ( at klar ndan ) olu mu tur. Demek onlar n hidroliziyle asit veya enzimler etkisiyle glikoza kadar ayr rlar. polikondenzasyon Hidroliz Buna dayanarak diyebiliriz ki, polisaharitler polimer bile ikleridir, hidroliz ile çok say da monosaharid moleküllerine ayr rlar. Ni asta selül z ve glikojen aralar nda glikoz kal nt say s na ( n do rusu dizilerin büyüklü ü) göre ve onlar n aralar nda ba lan ekillerine göre farkl d rlar. Asl nda ni asta iki polisaharitten, amiloz- lineer strüktürü olan ve suda tamamen erimeyen ve amilopektin- dallanm strüktürü olan polisaharitten olu mu tur. Bir bütün olarak ni astan n strüktürü tanecikler eklindedir. 118

119 Resim VI.10. Selül zün moleküllerinin lineer strüktürü vard r Selül zün moleküllerinin lineer strüktürü vard r. Aralar nda çekim kuvvetleriyle ba l olmalar, selül zün farkl bitkilere tipik olan de i ik uzunluktaki li er eklinde olmas ndand r. Bu strüktür, selül z li erinin çok kuvvetli ve elastik olup suda erimemelerine sebeptir. Ni asta ve selül zün özellikleri Bizim küçük laboratuvar m z Ödev 1: mikroskop alt nda un, patates, m s r tozu ve pamuk. Onlar n görünü ünü tarif et veya çizim ile göster. Gereken gereç ve supstanslar: Mikroskop, ni asta içeren ürünler Ödev 2: Ni asta ve selül zün, so uk ve s cak suda çözülürlü ünü ara t r. Gereken gereç ve supstanslar: Birkaç küçük laboratuvar barda un veya puding, so uk ve s cak su. Yöntem: iki küçük barda a so uk su koy sonra da birine biraz ni asta ( gustin, puding, un) di erine ise pamuk koy. Ne farkediyorsun? So uk suda bir ka k ni asta kar t r, sonra da kaynayan suya kar t rarak ekle. S cak suda ni astaya ne oluyor. Kaynar suda, pamuk ayr acak m? Ni asta ve selül z suda çözülürlükleri bak m ndan aralar nda farkl d rlar. Öyleki, so uk suda ni asta erimez. Kaynar suda öyle denilen ni asta yap t r c s na dönü ür. Söyledi imiz gibi pamuk neredeyse saf selül zdür. O suda asla erimez. Selül z asitlerde ve bazlarda erimez. Sadece ö.d. vayser reajensinde erir. Ni asta ve selül z aras ndaki erime farkl l, onlar n moleküllerinin farkl strüktürleri oldu undand r. yod eriyi i ile deney yapt m z ço u supstanslar koyu maviye boyan rlar. O da, bu supstanslar n ni- asta içerdi inin kan t d r. Asl nda ni- astan n iyod eriyi i ( tinktürü) ile tepkimeye girmesiyle koyumavi renklenme görülür. Bu tepkime ni astan n bulundu unu kan tlamakta kullan l r. 119

120 Ni asta ve selül z Feling eriyi i ile tepkimeye girmez, demek ki onun yap s nda serbest aldehid grubu yoktur. Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: verilen ürünlerin hangisinde ni asta vard r, ke fet. Gereken gereç ve supstanslar: Saat camlar, damlal k, patates parças, elma, muz, ekmek, un, ezilmi tah l, pirinç veya ba ka bitkisel ürün, alkollü iyod eriyi i (ö.d. iyod tinktürü). Yöntem: önceki deneyden elde edilen ni- asta yap t r c s ndan az miktarda saat cam n üzerine koy. Damlal kla birkaç damla alkollü iyod eriyi i damlat. Ne farkediyorsun? Farkl saat camlar üzerine ni asta içerip içermediklerini yoklamak istedi in ürünleri koy. Herbirinin üzerine birkaç damla iyod tinktüründen damlat. Ne farkediyorsun? Elde edilen sonuçlar tabelaya geçir. Selül z ve ni astan n kullan Ni asta içeren bitkiler (patates, tah llar, m s r ve onlardan elde edilen ürünler, un, ekmek, puding v.b gibileri), hergünkü beslenmede temel ürünlerdir. Ni astadan alkol elde edilir. Ni astan n ö.d. ni asta yap t r c s olu turabilme özelli inden dolay ni asta yap t r c ve boyalar n elde edilmesinde kullan l r. Resim VI.11. ni asta beslenmede kullan l r. Büyük miktarda selül z, ka d n üretiminde kullan l r. Tekstil endüstrisinin esas hammaddesi selül zdür ki bu do al veya i lenmi olabilir. Sunni ipek, viskoz ve selafonun elde edilmesinde milyon ton c var nda selül z kullan l r. Gliseral ile birlikte selülöz, patlay c maddelerin elde edilmesinde kullan l r. Selül zün a açtan elde edilmesinden dolay endüstrideki ihtiyaçlar için ormanlar sürekli olarak yok edilmektedir. Ormanlar n yok edilmesi, malzemenin in aatç l k, ka t üretimi veya tekstil endüstrisinde kullan lp kullan lmayaca farketmeksizin dünyadaki hayat tehlikeye atmaktad r. Resim III.12. Kireçta ma aralar nda stalaktitler 120

121 NE Ö REND N? 1. Ni asta ve selül zün izomer bile ikleri oldu u do ru mu? Senin dü ünceni aç kla. 2. Polimerle me ve polikondenzasyon kavramlar aras ndaki fark aç kla. 3. Ni astan n hidrolizini kimyasal denklemle göster. ARA TIR! 1. Bal, glikoz ve fruktozdan olu mu tur. Onunla birlikte invert eker kavram ba lan r. Bu kavram n ne oldu unu ve nereden geldi ini ara t r. 2. Ka t kal nt lar ndan benim kitaplar m için ka da kadar. - Plan yap, farkl bilgi kaynaklar ndan ara t r, malzemeleri grupla t r, sonra da ba l kta verilen süreci ema ile göster. 3. Senin beslenmende kulland n baz ürünlerin yap s nda ni astan n bulup bulunmad n ara t r. KÜÇÜK HATIRLATICI ekerler (karbonhidratlar), karbon, hidrojen ve oksijenden olu mu turlar. Karbonhidratlar, polihidroksilli aldehidler veya ketonlard r ya da onlara kadar hidrolize edilen bile iklerdir. Yap lar na göre ekerler: monosaharitler, oligosaharitler ve polisaharitler olabilirler. Monosaharitler daha basit yap l ekerlere ayr amayan ekerlerdir. En tan nm lar : glikoz (üzüm ekeri) ve fruktozdur (meyve ekeri). Glikoz, Feling eriyi i ile kan tlanan aldehid grubu içerir. Disaharitler, iki monosaharit molekülünden bir molekül suyun ayr mas yla elde edilen karbonhidratlard r. Onlar n molekülleri iki monosaharit biriminden (monosaharitin molekül kal nt s ndan) olu mu tur. En tan nm disaharitler: saharoz ve laktozdur. Polisaharitler, monosaharitlerin polikondenzasyon süreciyle olu urlar, ondan dolay monosaharit kal nt lar ndan olu an polimer bile ikleridir. Hidroliz ile çok say da monosaharit moleküllerine ayr rlar. En tan nm polisaharitler ni asta (bitkilerde yedek eker, iyod ile tepkimesinden koyu mavi renk verir) ve selül z, hücre zar n n yap s na girer. Bu iki polisaharit glikoz kal nt lar ndan olu mu tur. 121

122 VI.2. YA LAR VE SIVI YA LAR VI.2.1. KATI YA LAR VE SIVI YA LARIN BULUNU U, YAPISI VE ÖZELL KLER Kat ya ve s v ya lar n bulunu u Kat ve s v ya lar lipidler grubuna girer- temel ve en önemli biyobile ikler grubudur. Resim VI.13. Bölgemizde ayçiçe i, s v ya üretiminde temel hammaddedir Resim VI.14. Domuz organizmas n n en büyük bölümü ya dan olu ur. Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: verilen besin ürünlerinde kat veya s v ya var m ke fet. Gereken gereç ve supstanslar: Havan ve havaneli, ltre ka d, ayçiçe i ve afyon çekirde i, ceviz, f nd klar, yer f st, ya parças ve domuz ya parças. Yöntem: ay çiçe i ve afyon çekirde i, ceviz, f nd k ve yer f st n ayr ayr ez. Filtre ka tlar üzerine küme halinde koyunuz. Üzerlerini ba ka ltre ka tlar yla örtünüz sonra da her kümeyi yukar dan havaneli ile bast r n. Ne farkediyorsun? Farkl ürünlerin damgalar n k yasla. Di er lter ka d na ya parças n ve domuz ya n ayn yöntemle tekrarla. Tüm grubun ad n da ald ya ve s v ya lardan (lipos- ya ) ba ka lipidler grubuna balmumu, baz vitaminler, hormonlar, kolesterol ve bazo di er bile ikler girer. Ço u hayvansal organizmalarda, ya dokusunda ya lar bulunur. S v ya lar ise en çok baz bitkilerin çekirdeklerini de veya ürünlerinde vard r. Örne in: ayçiçe i, susam, afyon, pamuk, keten, zeytin v.b. ayn öyle bademlerde, f nd klarda ve cevizlerde de s v ya vard r. S v ya lar hayvansal organizmalarda da vard r örne in: bal klarda. Bu ürünlerin herhangilerini ezip beyaz ka tla bast r rsan ya damgas olu acak. Bu da belirli ürünün ya içerdi inin kan t d r. 122

123 Kat ve s v ya lar n yap s Kat ve s v ya lar n birçok benzer bile ikten olu an kar m olduklar kan tlanm t r. Onlardan pek kabar k say da olanlar: yüksek ya asitleriyle olu an gliserol esterleridir, onlara gliseridler denir. Yüksek ya asitleri asl nda daha uzun karbon dizili olan karboksilli asitlerdir. Kat ve s v ya lar n yap s nda en çok rastlananlar: Palmitik asidi C 15 H 31 COOH (doymu ) Steatik asidi C 17 H 35 COOH (doymu ) Oleik asidi C 17 H 33 COOH (doymam ) H 2 C OH HO CO R H 2 O O CO R esterle me HC OH HO CO R HO O CO R + 3 H 2 O hidroliz H 2 C OH HO CO R H 2 C O CO R Gliserol yüksek ya asidi trigliserid (ester) Resim VI.15. Kat ve s v ya moleküllerinin modelleri Trigliseridin elde edilmesi tepkimesinin denkleminden görülebilir ki, o, mol oran 1:3 olan trihidroksil alkolün, gliserolün yüksek ya asitleriyle olan tepkimesinden elde edilir. Gliseral ve asitler ester olarak ba lan rlar ve bu durumda su serbestlenir. Triglisezidin yap s na bir asit, iki farkl veya üç farkl asit girebilir. Kat ve s v ya lar n aras ndaki esas fark onlar n agrega halidir. Oda s cakl nda, s v ya lar s v halde, kat ya lar ise kat haldedirler. S v ya lar genelde bitkisel organizmalarda kat ya lar ise hayvansal organizmalarda bulunurlar, zaten onlardan da elde edilirler. Di er durumlarda da oldu u gibi burada da istisnalar vard r. Örne in: bal klardan bal k ya, palmiye a ac ndan palmiye ya elde edilir. Tabela VI.2. Kat ve s v ya lar n yap s ve agrega hali Kat ya Kat Hayvansal (palmiye ya hariç) Doymu yüksek ya asitleri S v ya S v Bitkisel (bal k ya hariç) Doymam yüksek ya asitleri 123

124 Kat veya s v ya lar n m söz konusu olaca trigliseridlerin yap s na giren yüksek ya asitlerine ba l d r. Öyle ki, e er trigliseridlerin kar m nda doymu yüksek ya asitlerinin esterleri daha fazlaysa (örne in: palmitin veya stearik asidi) o zaman kat ya elde edilecektir. E er doymam yüksek ya asitlerinin esterleri ise daha fazlaysa (bir veya fazla ikili ba l ) o zaman s v ya elde edilecektir. Örne in: koyun ya n n trigliseridleri %55 doymu ve %45 doymam yüksek ya asitleri içerir, ayçiçe i ya n n trigliseridleri ise %89 doymam ve %11 doymu yüksek ya asitleri içerir. Resim VI.16. Zeytin ya nda doymam yüksek ya asitlerinin pay daha büyüktür. Kat ve s v ya lar n özellikleri Kat ve s v ya lar n özelliklerinden birini art k biliyorsun. O da onlar n agrege halidir. Oda s cakl nda kat ya lar kat halde, s v ya lar ise s v haldedirler. Baz di er özelliklerini ke fetmek için s radaki deneyleri gerçekle tirece iz: Bizim küçük laboratuvar m z Gereken gereç ve supstanslar: tüpler, s v ya, domuz ya, kat ya, yumurta sar s, benzin ve alkol. Ödev 1: kat ve s v ya lar n yo unluklar n n suya k yasen nas l oldu unu kontrol et. Yöntem: Üç tüpe 5 er cm3 su koy, sonra da ilkine biraz s v ya ekle, ikincisine yar m ka k domuz ya koy, üçüncüsüne de bir parça kat ya ekle. Ne farkediyorsun? S v ya ve su ile olan tüpü güçlü bir ekilde sars t. Ne olaca n gözlemle. Tüpü dingin duruma getiriniz. Bir süre sonra farkedece in de i iklikleri k yasla. Ödev 2: S v ya emulziyonuna, yumurta sar s n n nas l etkiledi ini kontrol et. Yöntem: Bir tüpe s v ya ve su koy, sonra da s v ya ve su kar m na biraz ç rp lm yumurta sar s ekle. Herhangi bir de i ikli in olaca na dikkat et. Bu tüpteki ve önceki ödevdeki s v ya ve su tüpündeki de i meleri k yasla. Ödev 3: S v ve kat ya lar n, organik eriticilerdeki çözünürlü ünü incele. Yöntem: Bir tüpe 1-2 cm3 s v ya koy, di erine ise bir parça kat ya koy. Tüplerin herbirine karbontetraklorid( tetraklar metan) veya benzin koy. Tüpleri iyice sars n z. Kat ve s v ya eriyecek mi? 124

125 Gerçekle en deneylerden birçok sonuç ç kart labilir. S v, kat ve domuz ya suyun üzerinde yüzüyor, bu durum ya lar n sudan daha ha f olduklar n (daha küçük yo unluklar vard r) ve suyla kar mad klar n gösteriyor. Su ve ya n bulundu u tüpü sars nca ufac k damlalara ayr an ya s v y buland r yor. Böylece, öyle denilen emulziyon elde edilir. Belli bir süre sonra ufac k ya damlac klar yeniden büyüyor ve ya tabakas sudan ayr l yor. Yumurta sar s n n da bulundu u tüpteki emulziyonda de i meler olmaz. Demek ki, yumurta sar s ya damlalar n birle mesini önlüyor. Ona emulgatör denir. S v ya ve kat ya lar, benzin, kloroform, karbon tetraklorid v.b. gibi organik eriticilerde erirler. Onlar n bu özelli i, elde edildikleri bitkilerden ayr lmalar (ekstrasiyon) için kullan l r. Havada s t l nca kat ve s v ya lar de i ir. Öyle s cak hava ve nemde durmaktan, kat ve s v ya lar kötü koku al rlar. Asl nda bu süreç onlar n kötü kokusu olan ürünlere ayr mas yla aç klan r. Bu gibi süreçler terleme esnas nda insan n derisinde de olur, onun için vucudun hijyeni sürekli korunmal d r. E er kat ya lar yüksek s cakl kta st l rsa kötü koku hissedilir, bu koku asl nda onun ayr t ürünlerin birinden gelir ki o kanserojen supstans olarak say l r. Ondan dolay yanm kat ya beslenmede tavsiye edilmez. NE Ö REND N? 1. Neden do al kat ve s v ya lar ayn formülle gösterilemez? 2. Birkaç yüksek ya asidinin ad n ve formulünü yaz. 3. u kavramlar n anlamlar n yaz: esterle me ve hidroliz. 4. Hangi ekilde doymam bile ikten doymu bile ik elde edilebilir? 5. Palmitin ve stearik asitlerinin doymu oleik asidi ise doymam yüksek ya asidi oldu unu biliyorsun. Bu asitlerin trigliseridlerin formüllerini yaz a) kat ya larda daha yo un olan b) s v ya larda daha yo un olan. VI.2.2. KATI VE SIVI YA LARIN ÖNEM Kat ve s v ya lar- canl organizmalar n enerji kayna Kat ve s v ya lar karbonhidratlarla birlikte canl organizmalar n ba l ca enerji kaynaklar d r. Kat ve s v ya lar n ayr mas yla elde edilen enerji ekerlerin ayr mas na k yasen iki kat daha fazla oldu u tespit edilmi tir. nsan ve hayvanlar kat ve s v ya lar besin ile al rlar. nsan besin ile ald enerjinin % sini hayvansal organizmalar n kat ya lar ndan al r. Daha çok ya l besin al nca deri alt nda veya kar nda tortula r (çökelir). Onun için kat ve s v ya lar organizmada belli organlar n etraf nda koruyucu (izolasyon) gibi görev yapar. 125

126 Fakat gerekti inden fazla kat ve s v ya la zengin olan besinin al nmas ya lar n kan damarlar nda çökelmesine neden olur, bu da kan n normal dola m n engeller. Endüstride kat ya lar S v ya daki doymam asitleri doymu asitlere dönü türürsek s v ya dan kat ya elde ederiz. Esasta, s v ya lardan kat ya lar elde edilir. Örne in: margarinin elde edildi i gibi. Resim VI.17. Ya lar n kan damarlar nda tortula mas n n görüntüsü Resim VI.18. Margarin, hidrojenle me bitkisel ya lardan elde edilir. Özel artlar alt nda yüksek bas nç ve katalizör e li inde kat ya lara hidrojen ve ikili ba lar ba lan r ( hidrojenle me tepkimesi) böylece s v ya kat ya a dönü ür. Tad n iyile tirilmesi için esas kar ma (bitkisel s v ya lar) süt, aroma, renk, vitaminler v.b. eklenir. Kat ve s v ya lar n ayr mas yla elde edilen ürünlerden dolay, kat ve s v ya lar önem ta maktad rlar. Kat ya lar n, hidroliziyle, gliserol ve yüksek ya asitleri elde edilir. Bu supstanslar çok önemli ürünlerin elde edilmesinde önemli hammaddelerdir. Kat ya lar n bazlar ile hidrolizinden sabun elde edilir. Y kama gereci olarak sabun ilk defa M s r da an l r. Sabunun üretimini gösteren II ci y.y. a ait resimler vard r. nsanlar kat ya lar sodyum hidroksitle kaynatarak sabun yaparlarm. Kimya endüstrisinin geli imiyle ve NaOH (sodyum hidroksidin) elde edilmesi için ucuz yöntemin ke fedilmesiyle sabun üretimi oldukça ço alm t r. Sabunun elde edilme tepkimesi u denklemle gösterilebilir. H 2 C O CO R H 2 C OH HC O CO R + 3NaOH HC OH + 3NaRCOO H 2 C O CO R H 2 C OH Kat veya s v ya Sodyum + = hidroksit Gliseral + Sabun Bu tepkimeyle elde edilen sabun ürününün sürecine sabunla ma denir. Demek ki, kimyasal yap s na göre sabunlar yüksek ya asitlerinin alkaliktuzlar d r (genelde Na ve K un) onlar u formülle gösterilirler: NaRCOO, KRCOO, bu formüllerde RCOO yüksek ya asitinin kal nt s d r. 126

127 Günümüzde de, esasta sabunun i letmesi ayn yöntemle olur fakat ça da teknolojik yöntemle sabunun çe idine ve kullan m na ba l olarak sabun kar m na farkl supstanslar: kokulu maddeler, boyalar, ilaçl supstanslar, kozmetik gereçler v.b. eklenir(kat l r). Sabunlar suda kolay erirler, köpürürler ve kirleri uzakla t rma özellikleri vard r. Resim VI.19. Sabunlar, farkl ekiller ve renklerde ve farkl kokularla üretilirler. Bizim küçük laboratuvar m z Ödev: Sabun, yumu ak suda m yoksa kireçli (sert) suda m fazla köpürür, ara t r. Gereken gereç ve supstanslar: Tüpler, az c k tuz, dam t lm veya kaynat lm su. Yöntem: Bir tüpe 5 cm 3 dam t lm (veya kaynat lm ) su koy, di er tüpe ise 5 cm 3 musluk suyu, üçüncüsüne de musluk suyu ve birkaç tuz kristali koy. Her üç tüpe yakla k e it miktarda ufalanm sabun koyunuz. Tüpleri iyice sars n z. Her üç tüpteki de i meleri k yaslay n ve sonuç ç kart n. Resim VI.20. Sabun su ile köpürür ve kirleri uzakla t r r. Sabun en çok yumu ak suda köpürür. Sert (kireçli) suda ise sabun daha az köpürdü ünden dolay y kama gereci olarak tavsiye edilmiyor. Günümüzde y kama gereci olarak sentetik gereçler olan deterjanlar kullan l yor. Deterjanlar daha ucuz hammaddelerden (petrokimyasallardan) elde edilirler. Onlar sert (kireçli) suda da etkindirler fakat onlar n ço u ya am ortam n n kirleticileridir. Son zamanlarda öyle denilen biyoayr ml deterjanlar tavsiye ediliyor, onlar ya am ortam n kirletmezler. 127

128 NE Ö REND N? 1. Neden hayvansal ve bitkisel ya lar makinelerin ya lanmas nda kullan lmaz? 2. Stearik asidi ile sodyum hidroksit ve stearik asidi ile sodyum aras ndaki tepkimeleri kimyasal denklemlerle göster. ) iki tepkimenin ortak ürünü nedir? b) kimyasal yap s na göre o nedir? c) ne için kullan l r? gram margarinde: 85,5gram kat ya, 15,5 gram süt, 0,2 gram emulgatör vard r ve geri kalan k sm vitaminler ve di er supstanslar olu turur. Margarindeki kat ya lar n kütle pay n hesapla. 4. Margarinin bitkisel s v ya dan elde edilmesi hangi süreçle olur. ) hidrojenin supstitusyonuyla. b) hidrojen adisyonuyla c) s tma ve yo unla mayla ( koyula mayla ). ARA TIR! Sabun yapabilir misiniz? (gruplarda çal n) Sabunun ev artlar nda ve laboratuvar artlar nda elde edilmesiyle ilgili bilgiler ara. Çal mak için plan yap n z, gerekli gereçleri ve supstanslar haz rlay n ve sabun yapmaya çal n z. Sadece ö retmenin e li inde çal n z. Gerekli olan supstanslar n i elerinde bulunan uyar ve tehlike i aretlerine dikkat ediniz. KÜÇÜK HATIRLATICI Kat ve s v ya lar, lipidler denilen biyobile ikler grubuna girerler Yüksek ya asitleri, daha çok say da karbon atomlar olan karboksilli asitlerdir. Kat ve s v ya lar n yap s na yüksek ya asitleriyle gliserdun esterleri girer. S v ya lar, oda s cakl nda s v haldedirler çünkü yap lar nda doymam yüksek ya asitlerinin esterleri a rl kl d r. Genelde bitkilerden elde edilirler. Kat ya lar, oda s cakl nda kat haldedirler çünkü onlar n yap s nda doymu yüksek ya asitleriyle gliserdun esterleri a rl kl d r. Kat ya lar genelde hayvansal kökenlidir. Hidrojenin adisiyonuyla (hidrojenle me) kat ya lardan s v ya lar elde edilir. Kat ve s v ya lar organizman n önemli enerji kayna d r. nsan ve hayvanlar besin ile al rlar. Sabunla ma, kat ve s v ya lar n alkalik bazlarla ayr ma sürecidir. Sabunlar, yüksek ya asitlerin alkalik tuzlard r (genelde potasyum ve sodyumun) do al hammaddelerden elde edilirler. 128

129 VI.3. PROTE NLER (ALBÜM NLER) VI.3.1. PROTE NLER N BULUNU U VE YAPISI Proteinler önemli bir grup biyobile ikleridir. Protein sözcü ü Yunan kökenlidir ve ilk- en önemli anlam na gelir, bu bile iklerin önemi ile ba lant l d r. Her canl hücrenin yap s na girdiklerinden dolay, hayat n temelini olu tururlar. Yumurtan n ak neredeyse saf protein oldu undan dolay bunlara daha albüminler de denir y l nda ilk olarak Berselius, proteinlerin moleküllerini tarif etmi tir. Frederk Sander ise bu grup bile iklerden birinci bile ik olan insulini bulmu ve bunun için de 1958 y l nda Nobel ödülünü alm t r. Çok geçmeden özel X- nlar metoduyla hemoglobin ke fedilmi tir. Bu bulu tan sonra proteinlerin ö reniminde ilerleme kaydedilmi tir. Proteinlerin bulunu u Proteinler her hücrenin yap s na girdiklerinden veya organizmada belirli fonksiyonlar yapt klar ndan dolay hayat n temelini olu tururlar. Hayvansal organizmalar ba l ca albüminlerden olu mu tur. Deri, kaslar, t rnaklar, yün, boynuzlar v.s. albümin içerirler. Solunum sürecinde önemli rolü olan kanda bulunan hemoglobin de albüminlerden olu mu tur. nsan ve tüm hayvansal organizmalar proteinleri besin ile al rlar. Bu albuminler organizmada de i ime u rarlar ve bir tür albüminden ba ka tür albüminlere dönü ürler. Soya ve baklagil bitkiler büyük miktarda albümin içerirler. Albüminlerle zengin olduklar ndan ayn öyle et, bal k, yumurta, süt ve süt ürünleri de besinin zorunlu ö eleridir. Resim VI.21. Yumurtada büyük miktarda protein vard r. Resim VI.22. Baklagiller büyük miktarda protein içerirler. Proteinlerin yap s Proteinler, karbon, hidrojen ve oksijenden ba ka di er elementler de içerirler. Yumurta ak n n yap s n incelersek bunu spatlayabiliriz. Karbon, hidrojen ve oksijenin spatlanmas n birçok kez gerçekle tirdik. Albüminlerin yap s nda bu elementlerden ba ka hangi di er elementler bulunur görelim. 129

130 Bizim küçük laboratuvar mz Ödev 1: Albüminlerin azot içerip içermedi ini aç kla. Gereken gereç ve supstanslar: Tüpler, ispirto lambas, turnusol ka d, bir yumurta, su, sodyum hidroksit eriyi i, kur- un (II) asetat. Yöntem: yumurtadan ak n ay r ve ç rp. Ç rp lm yumurta ak na 50 cm 3 su ekle ve kar t r. Haz rlad n yumurta ak eriyi inden az miktarda bir tüpe koy. (tüpün 1/3 ne), sodyum hidroksit eriyi inden biraz ekle sonra da dikkatle s t. Serbestlenen gaz n kokusu neyi hat rlat r? Tüpe slak k rm z turnusol ka d yakla t r n z. K rm z turnusol ka t rengini de i tirecek mi? De i meyi aç kla. Ödev 2: Yumurtan n ak nda kükürt var m ke fet. Di er tüpe haz rlad n yumurta ak eriyi inden koy ve kur un asetat eriyi inden Pb(CH 3 COO) 2 biraz ekle. Tüpü siyah tortu olu una kadar dikkatlice s t. Olu an de i meyi aç klamaya çal. Birinci deneyden elde edilen amonya n kokusu yumurta ak n n albümin içerdi ini gösterir. u kan ya varabiliriz ki, Albüminler, karbon, hidrojen, oksijen ve azottan olu an organik bile ikleridir. Ona göre diyebiliriz ki, albüminler azotlu organik bile ikleridir. Azottan ba ka baz albüminler, kükürt, fosfor ve baz di er elementleri de içerirler. kinci deneyde elde edilen siyah tortu, yumurta ak n n kükürtte içerdi inin kan t d r. Asl nda olu an siyah tortu, kur un (II) sül din olu tu unun kan t d r. Asit, baz ve enzimlerin (fermentlerin) etkisinden tüm hayvansal ve bitkisel kökenli albüminler olu tuklar temel ö elerine daha basit supstanslara öyle denilen aminoasitlere ayr rlar. Aminoasitler strüktüründe COOH karboksil grubundan ba ka NH 2 amino grubu da içeren organik asitlerdir. aminoasit NH 2 - CH 2 - COOH karboksil grubu amino grubu Albüminlerin yap s nda 20 den fazla protein ke fedilmi tir. Hangi proteinin elde edilece i aminoasidin çe idine onlar n say s na, s ralan na ve ba lanma ekline ba l d r. Tüm bu faktörler, proteinlerin dev say da olmas n sa lar. Proteinlerin, aminoasitlerden olu mas bile ik süreçtir. Proteinlerde, aminoasitler bir molekülün karboksil ve bir molekülün amino grubuyla ba lan rlar, böylece bir molekül su ayr l r. Aminoasitlerin moleküllerinin ba land klar ba a amid ba veya daha s k peptid ba denir. Bu ekilde, aminoasitlerin iki molekülü peptid ba yla ba lan r ve dipeptid olu ur. 130

131 R O O CH C -H R CH C OH H N CH COOH 2 O NH CH COOH NH 2 NH 2 H R R Daha çok aminoasit molekülü polipeptidler olu turur. E er peptid ba yla ba lanan aminoasitlerin say s çok ise o zaman protein denilen polimer olu ur. Ona göre diyebiliriz ki, albüminler, farkl aminoasit kal nt lar ndan olu an makromoleküller bile iklerdir. Resim VI.23. Protein molekülü modeli. Peptid ba sar renkle gösterilmi tir. Protein moleküllerinin polimer dizileri aralar nda (di er supstanslarla ba l olmad klar nda) ve bile ik proteinler olarak (di er supstanslarla ba l olduklar nda) rastlan rlar. Örne in: tah llarda bulunan glüten, basit proteindir, hemoglobin ise bile ik proteindir çünkü globin proteini demir içeren bile ikle ba l d r. Enzimler (biyokatalizörler) kimyasal yap lar na göre albüminlerdir. VI.3.2 PROTE NLER N ÖZELL KLER VE ÖNEM Proteinlerin makromoleküllü bile ik olmalar çok büyük moleküllerden olu tuklar n ve büyük mol kütlelerine sahip olduklar n göstermektedir. Onun için yumurtan n ak veya onun su eriyi i, ltre ka d ndan geçmez çünkü onun parçac klar ltre ka d n n gözeneklerinden daha büyüktür. Su ile kar an proteinler öyle denilen koloid olu tururlar. Koloidlerin basit eriyiklerin özelliklerinden farkl spesi k özellikleri vard r. Proteinlerin,farkl kimyasal ve ziksel faktörlerden örne in: s cakl n azalmas ve artmas, farkl nlar, güçlü asit ve bazlar n etkisi, a r metallerin tuzlar, organik eriticiler, deterjanlar n etkisi v.b. gibilerden, ziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri de i ir. Bu olaya denatürle me denir, protein ise denatürle mi tir deriz. 131