Prof. Dr. Ahmet TUTAR. Organik Kimya Tel: Fen-Edb. C. Blok, Ofis No: 813

Transkript

1 Prof. Dr. Ahmet TUTAR Organik Kimya Tel: Fen-Edb. C. Blok, Ofis No: 813

2 Kimya: Değişimin İncelenmesi Çince Karakter 1. Bölüm Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

3 Kimya: Bir 21.yüzyıl Bilimi Kimya, maddeyi ve maddedeki değişimi inceler. Merkez bilimdir. Diğer bütün bilimlerle ilişkisi vardır. Sağlık ve İlaç Sağlık sistemleri Anestezi ile ameliyat Aşı ve antibiyotik Gen tedavisi DNA makinesinden oluşturulan DNA örneği Enerji ve Çevre Fosil yakıtları (Kömür, petrol, doğal gaz) Güneş enerjisi Fotovoltaik Hücreler Nükleer enerji 3

4 Malzeme ve Teknoloji Polimerler, seramikler, sıvı kristaller, yapıştırıcılar, kaplamacılık) Oda sıcaklıklı süper iletkenler (%20 elektirik kaçağını önlemek için) Moleküler bilgisayar Kimya: Bir 21.yüzyıl Bilimi İşlenmekte olan bir silisyum plakası Besin ve ziraat Genetik olarak değiştirilmiş ekinler Genetik olarak değiştirilmemiş tütün yaprağı ile değiştirilmiş tütün yaprağı (böceklerle etkileştirilmesi) Doğal pestisitler Özel gübreler 4

5 Kimya Dersinin Çalışılması Makroskopik Mikroskopik 5

6 Sosyal bilimler dahil, tüm bilim alanlarında değişimlerin izlenmesinde bilimsel yöntem uygulanır. Bu yöntem araştırmalara sistematik bir yaklaşımdır. Gözlem, olayları makroskopik dünyada görmeyi sağlar. Atomlar ve moleküller mikroskopik dünyayı oluştururlar. Temsil, deneysel sonuçları simge ve kimyasal eşitlikler yardımıyla ifade edebilmek için yapılan bir bilimsel kısaltmadır. 6

7 Hipotez, gözlemlerin yorumlanmasıdır. denenmiş modife edilmiş Bilimde bir yasa, olaylar arasındaki ilişkiyi ifade eden uygun sözel ya da matematiksel bir ifade olup, aynı koşullar altında her zaman geçerlidir. Örneği, Newton un ikinci hareket yasasında kuvvet, kütle ile ivmenin çarpımına eşittir (F = ma). 7

8 Hipotezler, birçok deneysel çalışmalardan sonra geçerliliği saptanarak kuramlar (teori) haline getirilir. Kuram, herhangi bir olay ve/ya da bu olayın temelini oluşturan yasalarla ilgili belirli bir ilkeyi açıklar. Atom teorisi 8

9 Uygulamadaki Kimya: Başlangıçtaki Helyum ve Bing Bang Teorisi In 1940 George Gamow hypothesized that the universe began with a gigantic explosion or big bang. Deneysel Destek genişleyen evren kozmik ışıma başlangıçtaki helyum 9

10 Bir maddenin belirli bir bileşeni ve özellikleri vardır. liquid nitrogen gold ingots silicon crystals 10

11 11

12 içecekler, süt, lehim Kumda çimento ve demir talaşı 12

13 Saf bir madde element ya da bileşik olabilir. Saf madde kimyasal yöntemlerle daha basit bileşenlere ayrılamıyorsa bu madde bir elementtir element bilinmektedir. 82 element yer kabuğunda doğal olarak bulunur. altın, alüminyum, kurşun,oksijen, karbon, sülfür 33 element kimyacılar tarafından laboratuarlarda sentezlenmiştir. Tekniyum, amerikinyum 13

14 14

15 Bir bileşik, iki ya da daha çok elementin kimyasal olarak etkileşmesiyle sabit oranlarda birleşip tamamen farklı özellikte ürün oluşmasıyla meydana gelir. Bileşikler, karışımlardan farklı olarak, sadece kimyasal yolla kendisini oluşturan saf bileşenlere ayrılabilirler. lithium fluoride quartz dry ice carbon dioxide 15

16 16

17 17

18 Maddenin Üç Hali Tüm maddeler, en azından ilke olarak üç halde bulunabilirler: katı, sıvı ve gaz. Katıların belirli şekilleri vardır. Sıvılar bulundukları kabın şeklini alırlar. Gazlar sınırsız genleşebilme özelliğine sahiptirler. 18

19 Maddenin üç hali. Buzun ısıtılarak su ve buhara dönüştürülmesi gas liquid solid 19

20 Bir fiziksel özellik maddenin özelliği ya da kimyasal yapısı değiştirilmeden incelenebilir ya da ölçülebilir. Örneğin buzun ısıtılarak değiştirilmesi bir fiziksel değişim iken erime noktası ise fiziksel bir değişimdir.. magnet 20

21 Destilasyon 21

22 Hidrojen havada yanarak su oluşturur 22

23 23

24 Kapasite ve Şiddet Özellikleri 24

25 25

26 26

27 Uluslararası Birim Sistemi (SI) Fransızca System Inteantional d Unites den türetilmiştir. 27

28 28

29 29

30 30

31 SI birimi (m 3 ) tür 1 cm 3 = (1 x 10-2 m) 3 = 1 x 10-6 m 3 1 dm 3 = (1 x 10-1 m) 3 = 1 x 10-3 m 3 1 L = 1000 ml = 1000 cm 3 = 1 dm 3 1 ml = 1 cm 3 31

32 SI birimi kg/m 3 tür 1 g/cm 3 = 1 g/ml = 1000 kg/m 3 yoğunluk = kütle hacim d = m V 32

33 d = m V m = d x V = 21.5 g/cm 3 x 4.49 cm 3 = 96.5 g 33

34 34

35 K = 0 C K = 0 0 C 373 K = C 0 9 F = x 0 C F = 0 0 C F = C 35

36 36

37 F ı o C ye çeviriniz.. 0 C = 5 x ( 0 F 32) 9 0 C = 5 x ( ) =

38 Doğruluk ve kesinlik iyi Doğruluk yetersiz, kesinlik iyi Doğruluk ve kesinlik yetersiz 38

39 39

40 40

41 41

42 42

43 43

44 44

45 45

46 46

47 47

48 48

49 Dimensional Analysis Method of Solving Problems How many ml are in 1.63 L? Conversion Unit 1 L = 1000 ml 1000 ml 1.63 L x = 1630 ml 1L 1L 1.63 L x = L ml ml 49

50 The speed of sound in air is about 343 m/s. What is this speed in miles per hour? conversion units meters to miles seconds to hours 1 mi = 1609 m 1 min = 60 s 1 hour = 60 min 343 m s x 1 mi 1609 m x 60 s 1 min x 60 min 1 hour = 767 mi hour 50

51 51

52 52

53 53

54 54

55 55

56 56

57 Atomlar, Moleküller ve İyonlar 2. Bölüm Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

58 Dalton un Atom Teorisi (1808) 58

59 SABİT ORANLAR YASASI X elementinin atomları birbirinin aynısıdır. Aynı zamanda Y atomlarının elementleri de birbirinin aynısıdır. Ancak, X ve Y atomları birbilerinden farklıdır. Belirli oranlarda bileşik oluştururlar. 16 X + 8 Y 8 X 2 Y 59

60 Katlı Oranlar Yasası İki element birden fazla bileşik oluşturmak üzere birleşirse, bir elementin belli bir kütlesi ile birleşen diğer elementin farklı kütleleri arasında küçük tam sayılı bir oran vardır. 60

61 h?v=dexpjaecsl8 61

62 62

63 63

64 Cathode Ray Tube J.J. Thomson, measured mass/charge of e - (1906 Nobel Prize in Physics) 64

65 Cathode Ray Tube (a) (b) 65

66 Millikan Deneyi 66

67 Kendiliğinden radyasyon yayımlayan herhangi bir elemente radyoaktif element denir. 67

68 Types of Radioactivity (uranium compound) 68

69 69

70 Rutherford un a- Tanecikleri Deneyi 70

71 Bir kağıt mendile 15 inch lik bir kurşun sıktığımızda kurşunun geri dönerek sizi vurması kadar inanılmaz bir olaydı lated Rutherford atomdaki artı yüklerin tümünün, atomun içinde yoğun ve merkezi bir çekirdekte odaklandığını ortaya attı. Çekirdekteki artı yüklü taneciklere proton adı verilir. Bir protonun kütlesi 1,67262 X g dır. Yani elektronun 1840 katı kadardır. 71

72 atom yarıçapı~ 100 pm = 1 x m Çekirdeğin yarıçapı~ 5 x 10-3 pm = 5 x m Atom spor statyumu büyüklüğünde olsaydı atomun çekirdeği futbol topu kadar olurdu 72

73 a + 9 Be 1 n + 12 C + energy neutron (n) is neutral (charge = 0) n mass ~ p mass = 1.67 x g 73

74 mass p mass n 1840 x mass e - 74

75 Bir elementin atomlarının çekirdeklerinde bulunan protonların sayısına atom numarası (Z) denir. Nötür bir atomda protonların sayısı elektronların sayısına eşittir. Kütle numarası (A) bir elementin atomlarının çekirdeklerinde bulunan proton ve nötronların sayısının toplamıdır. Atom numaraları aynı, ancak kütle numaraları farklı olan atomlara izotop adı verilir. 75

76 The Isotopes of Hydrogen 76

77 77

78 Periyodik Çizelge Periyodik çizelge benzer kimyasal ve fiziksel özellikleri olan elementlerin birlikte gruplandırıldıkları bir çizelgedir. Elementler atom numaralarına göre yatay periyotlarda, kimyasal özelliklerindeki benzerliklere göre ise dikey gruplarda sıralanmışlardır. Elementler üç sınıfa ayrılabilirler; metaller, ametaller ve yarı metaller. Metaller, ısı ve elektriği iyi ileten elementlerdir, ametaller genellikle ısı ve elektriği iletmezler, yarı metaleer ise metallerle ametaller arası özelliklere sahiptirler. 78

79 79

80 Periyodik Çizelge Alkali Metal Alkali Earth Metal Period Group Halogen Noble Gas 80

81 Molekül, en az iki atomun belli bir düzende, kimyasal kuvvetlerle (kimyasal bağlarla) bir arada tutulduğu atomlar topluluğudur. H 2 H 2 O NH 3 CH 4 H 2 olarak gösterilen hidrojen molekülüne diatomik (iki atomlu) molekül denir. H 2, N 2, O 2, Br 2, HCl, CO İkiden çok atom içeren moleküllere poliatomik (çok atomlu) moleküller denir. O 3, H 2 O, NH 3, CH 4 81

82 Pozitif veya nefatif yükü olan bir atoma ya da atomlar grubuna iyon denir. Nötür bir atomdan bir ya da daha çok sayıda elektronun kaybedilmesi sonucunda oluşan pozitif yüklü iyona katyon denir. Nötür bir atomun elektron almasıyla oluşan eksi yüklü iyona anyon denir. Katyon ve anyondan oluşan bileşiğe de iyonik bileşik denir. NaCl iyonik bir bileşiktir. Çünkü Na + ve C l- iyonlarından oluşmuştur. 82

83 83

84 Sadece bir atom içeren iyonlara tek atomlu iyonlar denir. Na +, Cl -, Ca 2+, O 2-, Al 3+, N 3- Birden fazla atom içeren iyonlara poliatomik iyonlar denir. OH -, CN -, NH 4+, NO 3-84

85 Periyodik Çizelgede Çok Rastlanan İyonlar 85

86 27 13 How many protons and electrons are in Al? protons, 10 (13 3) electrons How many protons and electrons are in? 34 protons, 36 (34 + 2) electrons 78 Se

87 Kimyacılar moleküllerin ve iyonik bileşiklerin bileşimini kimyasal simgelerle ifade etmek için kimyasal formüller kullanırlar. Molekül Formülü; bir maddenin en küçük biriminde bulunan elementlerin atom sayısını ve cinsini tam olarak gösteren formüldür. Kaba Formül; bir molekülde hangi elementlerin bulunduğunu ve bu elementlerin atomlarının en basit tam sayılı oranını gösterir. Yapı Formülü; moleküldeki atomların birbirine nasıl bağlandığını gösterir. Allotrop; bir elementin iki veya daha çok sayıdaki biçimlerine verilen isimdir. Molekül Modelleri; molekülleri gözümüzde canlandırabilmek için kullanılan modellerdir. Top-çubuk ve uzay-dolgu modeli bunlara örnektir. 87

88 88

89 Molekül Formülü H 2 O C 6 H 12 O 6 O 3 Kaba Formülü H 2 O CH 2 O O N 2 H 4 NH 2 O 2 ve O 3 (ozon) birbirlerinin allotropudur. 89

90 Karbonun bazı allotropları: a) elmas; b) grafit; c) altıgen elmas; d-f) fullerenler (C60, C540, C70); g) amorf karbon; h) karbon nanotüp 90

91 91

92 92

93 İyonik bileşiklerin formülleri çoğu zaman kaba formülleri ile aynıdır. İyonik bileşiklerde katyon ve anyon yüklerinin toplamı eşittir. Katyonun alt indisi sayısal açıdan anyonun yüküne, anyonun alt indis ise katyonun yüküne eşittir. 93

94 Metaller ve ametaller iyonik bileşikleri oluştururlar. 94

95 Formula of Ionic Compounds 2 x +3 = +6 3 x -2 = -6 Al 2 O 3 Al 3+ O 2-1 x +2 = +2 2 x -1 = -2 CaBr 2 Ca 2+ Br - 1 x +2 = +2 1 x -2 = -2 Na 2 CO 3 Na + CO

96 96

97 97

98 98

99 99

100 100

101 101

102 102

103 103

104 104

105 105

106 Molecular Compounds HI NF 3 SO 2 N 2 Cl 4 NO 2 N 2 O hydrogen iodide nitrogen trifluoride sulfur dioxide dinitrogen tetrachloride nitrogen dioxide dinitrogen monoxide 106

107 107

108 108

109 109

110 110

111 111

112 112

113 113

114 114

115 115

116 116

117 Oksiasit ve oksianyonların adlandırılması 117

118 Naming Oxoacids and Oxoanions 118

119 Hidratlar bileşimlerinde belli sayıda su bulunduran bileşiklerdir. BaCl 2 2H 2 O LiCl H 2 O barium chloride dihydrate lithium chloride monohydrate MgSO 4 7H 2 O Sr(NO 3 ) 2 4H 2 O magnesium sulfate heptahydrate strontium nitrate tetrahydrate CuSO 4 5H 2 O CuSO 4 119

120 120

121 Organic chemistry is the branch of chemistry that deals with carbon compounds H Functional Groups H H C OH H C NH 2 H C C OH H O H methanol H methylamine H acetic acid 121

122 122

123 Kimyasal Reaksiyonlarda Kütle İlişkisi; Stokiyometri 3. BÖLÜM Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

124 Mikro Dünya Atomlar & Moleküller Makro Dünya Gramlar Uluslar arası kabullere göre, atom kütlesi (bazen atom ağırlığı denilmektedir) atom kütle birimi (akb) ile verilir. Atom kütle birimi, tam olarak C-12 atomunun kütlesinin 1/12 sine eşittir. Bu Ölçeğe göre 12 C = 12 akb 1 H = akb 16 O = akb Fe = 56 akb 124

125 Bir elementin atom kütlesi ölçülürken, genellikle doğada bulan izotopların ortalama kütlesi ölçülür. 125

126 Doğal olarak lityum: 7.42% 6 Li (6.015 akb) 92.58% 7 Li (7.016 akb) Lityumun Ortalama Kütlesi: 7.42 x x = amu 126

127 Average atomic mass (6.941) 127

128 128

129 129

130 1. Düzine 12 parça Bir çift 2 parça 1 gross 144 parça Kimyacılar atom ve molekülleri ölçmek için mol kavramını kullanırlar. 130

131 Mol Kütle: Bir mol atom ya da molekülün (gram ya da kilogram cinsinden) kütlesi olarak tanımlanır. 1 mol 12 C atom = x atom = g 1 12 C atom = akb 131

132 132

133 133

134 134

135 One Mole of: C S Hg Cu Fe 135

136 1 12 C atom amu x g x C atoms = 1.66 x g 1 amu 1 amu = 1.66 x g or 1 g = x amu M = molar mass in g/mol N A = Avogadro s number 136

137 How many atoms are in g of potassium (K)? 1 mol K = g K 1 mol K = x atoms K g K x 1 mol K g K x x 1023 atoms K 1 mol K = 8.49 x atoms K 137

138 138

139 139

140 140

141 141

142 142

143 SO 2 143

144 144

145 Herhangi Bir Molekül İçin molekül kütlesi (akb) = mol kütlesi (gram) 1 molekül su = 18,02 akb 1 mol su = 18,02 g 1 molekül SO 2 = akb 1 mol SO 2 = g SO 2 145

146 146

147 147

148 148

149 How many H atoms are in 72.5 g of C 3 H 8 O? 1 mol C 3 H 8 O = (3 x 12) + (8 x 1) + 16 = 60 g C 3 H 8 O 1 mol C 3 H 8 O molecules = 8 mol H atoms 1 mol H = x atoms H 72.5 g C 3 H 8 O 1 mol C 3H 8 O x 60 g C 3 H 8 O x 8 mol H atoms 1 mol C 3 H 8 O x H atoms x = 1 mol H atoms 5.82 x atoms H 149

150 Atom ve molekül kütlelerinin doğrudan ve en kesin şekilde kütle spektrometresi ile yapılmaktadır. Kütle Spektrometresi gaz halindeki örneğin, yüksek enerjili elektronlarla bombardımanı ilkesi ile çalışır. 150

151 Yüksek enerjili elektronlar pozitif yüklü iyonları oluşturur. Hızlandırıcıda hızlanır. e/m oranına göre dairesel yol izlerler. Ayrılan iyonlar dedektöre ulaşır ve çarpan iyon sayısı izotopların bolluğunu bulmamıza yardımcı olur. 151

152 Formula mass is the sum of the atomic masses (in amu) in a formula unit of an ionic compound. NaCl 1Na 1Cl NaCl amu amu amu For any ionic compound formula mass (amu) = molar mass (grams) 1 formula unit NaCl = amu 1 mole NaCl = g NaCl 152

153 What is the formula mass of Ca 3 (PO 4 ) 2? 1 formula unit of Ca 3 (PO 4 ) 2 3 Ca 3 x P 2 x O + 8 x amu 153

154 Yüzde bileşim bileşik içerisindeki her elementin kütlece yüzdesidir. 154

155 C 2 H 6 O 2 x (12.01 g) %C = g 6 x (1.008 g) %H = g 1 x (16.00 g) %O = g x 100% = 52.14% x 100% = 13.13% x 100% = 34.73% 52.14% % % = 100.0% 155

156 156

157 Yüzde Bileşimi ve Kaba Formülü %24,75 K, %34,77 Mn ve %40,51 O içeren bileşiğin kaba formülünü bulunuz. n K = g K x n Mn = g Mn x n O = g O x 1 mol K g K = mol K 1 mol Mn = mol Mn g Mn 1 mol O g O = mol O 157

158 n K = , n Mn = , n O = K : ~ Mn : = O : ~ KMnO 4 158

159 159

160 160

161 161

162 162

163 163

164 164

165 165

166 166

167 167

168 Kimyasal tepkime bileşik ya da bileşiklerin değişerek yeni bileşik veya bileşikler oluşturduğu bir işlemdir. Kimyasal eşitlikte, kimyasal tepkimelerde ne olduğunu göstermek için kimyasal simgeler kullanılır. tepkenler ürünler 168

169 169

170 170

171 171

172 172

173 173

174 174

175 175

176 Bir kimyasal tepkimede tepkenler ve ürünlerin nicel olarak çalışılmasına stokiyometri denir. Mol yöntemi bir kimyasal tepkimede katsayılar bileşiklerin mol sayılarını belirtir. 176

177 177

178 178

179 179

180 180

181 Methanol burns in air according to the equation 2CH 3 OH + 3O 2 2CO 2 + 4H 2 O If 209 g of methanol are used up in the combustion, what mass of water is produced? grams CH 3 OH moles CH 3 OH moles H 2 O grams H 2 O molar mass CH 3 OH coefficients chemical equation molar mass H 2 O 209 g CH 3 OH 1 mol CH 3 OH x 32.0 g CH 3 OH x 4 mol H 2 O 2 mol CH 3 OH 18.0 g H 2 O x = 1 mol H 2 O 235 g H 2 O 181

182 182

183 183

184 Tepikemde tamamen tükenen maddeye sınırlayıcı tepken denir. Fazla tepken ile tepkime verebileceği miktardan fazlasına sahip olan bileşendir. Hesaplamalar sınırlayıcı tepkene göre yapılır. 184

185 185

186 186

187 187

188 188

189 189

190 124 g Al 601 g Fe 2 O 3 ile tepkimeye girdiğinde oluşan Al 2 O 3 miktarını hesaplayınız. 2Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + 2Fe g Al mol Al mol Fe 2 O 3 needed g Fe 2 O 3 needed OR g Fe 2 O 3 mol Fe 2 O 3 mol Al needed g Al needed 124 g Al x 1 mol Al 27.0 g Al x 1 mol Fe 2 O 3 2 mol Al 160. g Fe 2 O x 3 = 367 g Fe 1 mol Fe 2 O 2 O g Al 367 g Fe 2 O g Fe 2 O 3 olduğu için Al sınırlayıcı reaktiftir 190

191 Sınırlayıcı reaktif Al dur. g Al mol Al mol Al 2 O 3 g Al 2 O 3 2Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + 2Fe 124 g Al x 1 mol Al 27.0 g Al x 1 mol Al 2 O 3 2 mol Al 102. g Al 2 O x 3 = 234 g Al 1 mol Al 2 O 2 O 3 3 Tüm Al tükenir. Fe 2 O 3 ten bir miktar tepkimeye girmeden kalır. 191

192 Bir tepkimenin kuramsal verimini sınırlayıcı tepken belirler. Kuramsal verim sınırlayıcı tepkenin tümüyle kullanılması halinde oluşabilecek ürün miktarıdır. Uygulamada ise gerçek verim kullanılır ve gerçek verim tepkime sonunda gerçekten oluşan ürün miktarıdır. Kimyacılar bir tepkimenin verimini, gerçek verimi kurumsal verime oranlayarak hesaplarlar ve buna yüzde verim denir. Yüzde verim şöyle hesaplanır: 192

193 193

194 194

195 195

196 196