ÖABT 2015 Soruları yakalayan komisyon tarafından hazırlanmıştır. ÖĞRETMENLİK ALAN BİLGİSİ TESTİ ÖABT FEN BİLİMLERİ FEN ve TEKNOLOJİ KİMYA Konu Anlatımı Özgün Sorular Ayrıntılı Çözümler Test Stratejileri Çıkmış Sorular
KOMİSYON ÖABT Fen Bilimleri/ Fen ve Teknoloji Öğretmenliği 2. Kitap (KİMYA) ISBN 978-605-964-963-2 Kitapta yer alan bölümlerin tüm sorumluluğu yazarlarına aittir. Pegem Akademi Bu kitabın basım, yayın ve satış hakları Pegem Akademi Yay. Eğt. Dan. Hizm. Tic. Ltd. Şti.ne aittir. Anılan kuruluşun izni alınmadan kitabın tümü ya da bölümleri, kapak tasarımı; mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik, kayıt ya da başka yöntemlerle çoğaltılamaz, basılamaz, dağıtılamaz. Bu kitap T.C. Kültür Bakanlığı bandrolü ile satılmaktadır. Okuyucularımızın bandrolü olmayan kitaplar hakkında yayınevimize bilgi vermesini ve bandrolsüz yayınları satın almamasını diliyoruz. 3. Baskı: Şubat 2015, Ankara Proje-Yayın Yönetmeni: Ayşegül EROĞLU Dizgi-Grafik Tasarım: Hilal Sultan COŞKUN Kapak Tasarımı: Gürsel AVCI Baskı: Sonçağ Yayıncılık Matbaacılık Reklam San Tic. İstanbul Cad. İstanbul Çarşısı 48/48 İskitler - Ankara 0312 341 36 67 0535 292 34 31 Yayıncı Sertifika No: 14749 Matbaa Sertifika No:25981 İletişim Karanfil 2 Sokak No: 45 Kızılay / ANKARA Yayınevi: 0312 430 67 50-430 67 51 Yayınevi Belgeç: 0312 435 44 60 Dağıtım: 0312 434 54 24-434 54 08 Dağıtım Belgeç: 0312 431 37 38 Hazırlık Kursları: 0312 419 05 60 İnternet: www.pegem.net E-ileti: pegem@pegem.net
ÖN SÖZ Sevgili Öğretmen Adayları, ÖABT FEN BİLİMLERİ / FEN VE TEKNOLOJİ konu anlatımlı setimiz dört kitap hâlinde düzenlenmistir. "Fen Bilimleri / Fen ve Teknoloji 2. Kitap" adlı yayınımız Alan Bilgisi Kimya bölümünü kapsamaktadır ve Kamu Personeli Seçme Sınavı (KPSS) Fen Bilimleri / Fen ve Teknoloji Öğretmenliği Alan Bilgisi Testi kapsamındaki kimya soruları çözmek için gerekli bilgi, beceri ve teknikleri edinme ve gelistirme sürecinde siz değerli öğretmen adaylarımıza kılavuz olarak hazırlanmıstır. Kitabın hazırlanıs sürecinde, sınav kapsamındaki temel alanlarda kapsamlı alanyazın taraması yapılmıs, bu kitabın gerek ÖABT'de gerekse gelecekteki meslek hayatınızda ihtiyacınızı maksimum derecede karsılayacak bir basucu kitabı niteliğinde olması hedefl enmistir. Detaylı, güncel ve anlasılır bir dilde yazılan konu anlatımları, çıkmıs sorular ve detaylı açıklamalarıyla desteklenmis, her ünite içeriği ÖSYM formatına uygun, çözümlü test sorularıyla pekistirilmistir. Ayrıca konu anlatımlarında verilen bilgi ve çözüm tekniklerine ek olarak uyarı kutucuklarıyla da önemli konulara dikkat çekilmistir. Yoğun bir arastırma ve çalısma sürecinde hazırlanmıs olan bu kitapla ilgili görüs ve önerilerinizi pegem@pegem.net adresini kullanarak bizimle paylasabilirsiniz. Geleceğimizi güvenle emanet ettiğimiz siz değerli öğretmenlerimizin hizmet öncesi ve hizmet içi eğitimlerine katkıda bulunabilmek ümidiyle... Basarılar...
FEN BİLİMLERİ / FEN VE TEKNOLOJİ ÖABT İLE İLGİLİ ÖNEMLİ BİLGİLER ÖABT FEN BİLİMLERİ / FEN VE TEKNOLOJİ ÖĞRETMENLİĞİ, 50 sorudan oluşmakta ve Fen Bilimleri / Fen ve Teknoloji Öğretmenliği Alan Bilgisi (Fizik, Kimya, Biyoloji, Yer Bilimi, Astronomi, Çevre Bilimi) ve Alan Eğitimi alanlarındaki bilgi ve becerilerini ölçmeyi hedeflemektedir. Öğretmenlik Alan Bilgisi Testinde çıkan sorular, Fen Bilimleri / Fen ve Teknoloji Öğretmenliği Lisans Programlarında verilen akademik disiplinlere paralel olarak hazırlanmaktadır. Sınavdaki Alan-Soru dağılımı aşağıdaki tabloda belirtilmiştir. Genel Yüzde Yaklaşık Yüzde Soru Sayısı Alan Bilgisi Testi % 80 1-40 a. Fizik b. Kimya c. Biyoloji d. Yer Bilimi (Jeoloji) e. Astronomi f. Çevre Bilimi % 24 % 22 % 22 % 4 % 4 % 4 1-12 13-23 24-34 35-36 37-38 39-40 Alan Eğitimi Testi % 20 41-50 Genel Kültür, Genel Yetenek ve Eğitim Bilimleri Sınavlarınıza ek olarak gireceğiniz Öğretmenlik Alan Bilgisi Testi ile ilgili verilen bu bilgiler 2013-2014 Fen Bilimleri / Fen ve Teknoloji ÖABT sınavı çerçevesinde hazırlanmıştır. Sınav içeriğinde yapılabilecek olası değişiklikleri ÖSYM'nin web sitesinden takip edebilirsiniz.
1. BÖLÜM: MADDE İÇİNDEKİLER ALAN BİLGİSİ A. KİMYA BİLİMİ... 5 Yunan Felsefesine Göre Kimya... 5 Orta Çağ'da Kimya... 6 Modern Kimyanın Öncüleri (17. Yüzyılda Kimya)... 7 Birim Sistemleri... 8 Ölçümlerde Belirsizlikler... 9 B. MADDE... 10 Maddenin Ortak Özellikleri... 10 Kapasite ve Şiddet Özelliği... 10 Maddenin Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri... 10 Maddenin Ayırt Edici Özellikleri... 11 Maddenin Sınıflandırılması... 18 Saf (Arı) Maddeler...18 Elementler...18 Bileşikler...19 Karışımlar (Saf Olmayan Maddeler)...20 Homojen Karışımlar (Çözeltiler)... 21 Çözeltilerin Sınıflandırılması... 21 Heterojen Karışımlar... 22 Karışımları Ayırma Yöntemleri... 23 C. MADDELERİN HÂL DEĞİŞİMİ... 24 D. MADDELER ARASI ISI ALIŞ-VERİŞİ... 25 ÇÖZÜMLÜ TEST... 28 ÇÖZÜMLER... 31 2. BÖLÜM: ATOM VE YAPISI A. STATİK (DURGUN) ELEKTRİK... 35 Atom ve Elektriklenme... 35 Faraday ın Elektroliz Deneyleri ve Atom Altı Parçacıklar... 35 Elektronun Keşfi... 36 Elektron Yükü İle Atomdaki Pozitif Yük Arasındaki İlişki... 38 Nötronun Keşfi... 39 B. ATOMUN TEMEL TANECİKLERİ VE ÖZELLİKLERİ... 39 Dalton Atom Modeli... 39 Thomson Atom Modeli... 39 Rutherford Atom Modeli... 40 C. IŞIK... 40 Elektromanyetik Dalga Modeli... 40 Işığın Dalga Modeli... 41 Madde-Işık Etkileşimi... 42 Dalga Mekaniği Atom Modeli (Modern Atom Kuramı)... 49
vi D. ATOMLARIN ELEKTRON DAĞILIMI... 49 Küresel Simetri... 51 İyonların Elektron Dağılımı... 52 Değerlik Orbitalleri ve Değerlik Elektronları... 53 Temel Hâl - Uyarılmış Hâl... 54 Kuantum Sayıları... 55 E. ATOM TÜRLERİ... 59 İzotop Atomlar... 59 İzobar Atomlar... 60 İzoton Atomlar... 60 İzoelektronik Atomlar... 60 Allotrop Atomlar... 60 Karbonun Allotropları... 60 Allotrop Atomların Özellikleri... 61 ÇÖZÜMLÜ TEST - 1... 62 ÇÖZÜMLÜ TEST - 2... 65 ÇÖZÜMLER - 1... 67 ÇÖZÜMLER - 2... 69 3. BÖLÜM: PERİYODİK ÇİZELGE A. PERİYODİK TABLONUN TARİHSEL GELİŞİMİ... 73 B. PERİYODİK CETVEL... 73 Periyodik Cetvelde Yer Bulma... 74 Grupların Genel Özellikleri... 76 Elementlerin Periyodik Cetvelde Değişen Özellikleri... 80 C. KOVALENT, İYONİK VE VAN DER WAALS YARIÇAPI... 86 1. Kovalent Yarıçap... 86 2. İyonik Yarıçap... 86 3. Van Der Waals Yarıçapı... 86 D. BÜYÜK PATLAMANIN DENEYSEL KANITLARI... 87 Mineraller... 87 Cevher... 87 Kavurma... 87 İndirgeme... 87 E. ALAŞIMLAR... 88 1. Örgü Boşluğu Alaşımları... 88 2. Metaller Arası (intermetalik) Bileşikler... 88 3. Süper Alaşımlar... 88 ÇÖZÜMLÜ TEST... 89 ÇÖZÜMLER... 93
vii 4. BÖLÜM: KİMYASAL BAĞLAR A. KİMYASAL TÜRLER... 99 Atom... 99 İyon... 99 Molekül... 99 Radikal... 99 B. KİMYASAL TÜRLER ARASINDA ETKİLEŞİM... 99 Kimyasal Türler Arasında Bağ Oluşumu... 99 Güçlü Etkileşimler... 100 Zayıf Etkileşimler... 104 Kimyasal Bağ Kavramı... 107 Lewis Yapılarının Yazılması...109 Formal Yük... 110 Rezonans...111 Hibritleşme (Melezleşme)...111 Molekül Geometrisi ve VSPER Kuramı... 115 Moleküler Orbital Teorisi... 119 Katılar...122 Kristal Türleri...123 ÇÖZÜMLÜ TEST... 125 ÇÖZÜMLER... 128 5. BÖLÜM: BİLEŞİKLER BİLEŞİKLER... 135 1. Basit (Kaba) Formül... 135 2. Molekül (Gerçek) Formülü... 135 3. Açık (Yapı) Formülü... 135 İyonik Bağlı Bileşiklerin Formüllerinin Yazılması ve Adlandırılması... 135 Kovalent Bağlı Bileşiklerin Yazılması ve Adlandırılması... 138 Bileşiklerin Sınıflandırılması... 140 ÇÖZÜMLÜ TEST... 146 ÇÖZÜMLER... 148 6. BÖLÜM: KİMYASAL TEPKİMELER A. KİMYASAL TEPKİME... 153 Basit Denklem Denkleştirme... 153 B. KİMYASAL TEPKİME TÜRLERİ... 155 1. Homojen Tepkime... 155 2. Heterojen Tepkime... 155 3. Endotermik Tepkime... 155 4. Ekzotermik Tepkime... 155 5. Analiz (Ayrışma) Tepkimeleri... 155 6. Sentez (Birleşme) Tepkimeleri... 156
viii 7. Yanma Tepkimeleri... 156 8. Yer Değiştirme Tepkimeleri... 158 9. Çökelme Tepkimeleri... 158 10. İndirgenme-Yükseltgenme (Redoks)... 158 11. Nötürleşme Tepkimeleri... 161 12. Metallerin Asit, Baz ve Su İle Tepkimeleri... 161 ÇÖZÜMLÜ TEST... 164 ÇÖZÜMLER... 167 7. BÖLÜM: MOL KAVRAMI MOL KAVRAMI... 173 1. Avogadro Sayısı ve Mol Sayısı... 173 2. Bağıl Kütle ve Mol Kütlesi... 175 3. Molar Hacim... 177 4. Avogadro Hipotezi... 178 ÇÖZÜMLÜ TEST... 179 ÇÖZÜMLER... 182 8. BÖLÜM: STOKİYÖMETRİ A. KİMYASAL YASALAR... 187 1. Kütlenin Korunumu Yasası... 187 2. Sabit Oranlar Yasası... 187 3. Katlı Oranlar Yasası... 189 4. Sabit Hacim Oranları Yasası... 191 B. KİMYASAL HESAPLAMALAR... 191 1. Miktarlı Geçiş Problemleri... 192 2. Artan Madde Problemleri... 193 3. Karışım Problemleri... 194 4. Basit ve Molekül Formülü Bulma Problemleri... 196 5. Verim Problemleri... 197 6. Saflık Problemleri... 198 7. Birbirini İzleyen Reaksiyonlar... 199 ÇÖZÜMLÜ TEST... 200 ÇÖZÜMLER... 203
ix 9. BÖLÜM: GAZLAR A. GAZLARIN GENEL ÖZELLİKLERİ... 209 Brown Hareketi... 209 B. KİNETİK GAZ TEORİSİ... 209 Gazların Difüzyonu... 210 Efüzyon... 211 C. GAZLARDA BASINÇ, HACİM, MOL SAYISI VE SICAKLIK İLİŞKİSİ... 212 Basınç... 212 İdeal Gaz Denklemi... 215 Gazların Yoğunluğu... 216 D. GAZ YASALARI... 217 1. Basınç-Hacim İlişkisi (n-t sabit) (Boyle-Mariotte Yasası)... 217 2. Basınç-Mol Sayısı İlişkisi (V ve T sabit... 220 3. Basınç-Sıcaklık İlişkisi (V-n sabit) (Gay Lussac Yasası... 220 4. Hacim-Sıcaklık İlişkisi (P-n Sabit) (Charles Yasası)... 220 5. Gazlarda Hacim-Mol Sayısı İlişkisi (P-T Sabit) (Avodagro Yasası)... 222 Kısmi Basınç... 224 Genel Gaz Denklemi... 225 Gazların Karıştırılması... 225 Tepkimeli Gaz Problemleri... 227 Su Üstünde Toplanan Gaz Basıncı... 230 Gerçek Gazlar... 231 Henry Yasası... 233 Atmosferde Su Buharı... 234 ÇÖZÜMLÜ TEST... 235 ÇÖZÜMLER... 239 10. BÖLÜM: ÇÖZELTİLER A. ÇÖZELTİLER... 245 Çözünme Olayı... 245 Çözünme Entalpisi... 245 B. ÇÖZELTİ TÜRLERİ... 245 1. Çözücünün Durumuna Göre Çözeltiler... 245 2. Çözünme Şekillerine Göre Çözeltiler... 246 3. Çözünen Madde Miktarına Göre Çözeltiler... 246 4. Çözünürlüğüne Göre Çözeltiler... 247 C. ÇÖZÜNÜRLÜĞE ETKİ EDEN FAKTÖRLER... 247 Katıların Çözünürlüğüne Sıcaklığın Etkisi... 247 Gazların Çözünürlüğüne Sıcaklığın Etkisi... 248 Çözücü ve Çözünenin Türü... 248 Basınç... 248 Ortak İyon Etkisi... 249 D. ÇÖZÜNME HIZI... 249 Çözünme Hızını Etkileyen Faktörler... 249
x E. DERİŞİM (KONSANTRASYON... 250 Kütlece % derişim...250 Hacimce % derişim...252 Molalite...253 ppm ve ppb...253 Molarite...253 F. ÇÖZELTİLER ARASI TEPKİMELER... 257 1. Çökelme Tepkimeleri... 257 2. Nötürleşme Tepkimeleri... 258 3. Kimyasal Tepkimelerde Molarite Hesabı... 259 G. KOLİGATİF ÖZELLİKLER... 261 Buhar Basıncı... 261 Clausius-Clapeyron Denklemi... 263 Kaynama Noktası Yükselmesi... 266 Donma Noktası Alçalması (Kriyoskopi)... 266 Osmotik Basınç ve Osmoz Olayı... 268 Viskozite... 270 Aktiflik Katsayısı ve İyonik Şiddet... 270 Analiz İle İlgili Temel Kavramlar... 270 Ayarlama ve Ayarlı Çözelti... 271 Birincil (Primer) ve İkincil (Sekonder) Standart... 271 Sistematik Belirli Hata...271 ÇÖZÜMLÜ TEST -1... 275 ÇÖZÜMLÜ TEST -2... 278 ÇÖZÜMLER -1... 279 ÇÖZÜMLER -2... 283 11. BÖLÜM: RADYOAKTİFLİK A. RADYOAKTİFLİK (ÇEKİRDEK TEPKİMELERİ)... 287 Alfa Işıması... 287 Beta Işıması... 287 Gama Işıması... 288 Pozitron Işıması... 288 Nötron Işıması... 289 Proton Işıması... 289 Elektron Yakalaması (K yakalaması)... 289 Doğal Radyoaktiflik... 291 Yapay Radyoaktiflik ve Bombardıman... 291 Fisyon (Çekirdek Bölünmesi... 291 Füzyon (Çekirdek Kaynaşması)... 291 Yarılanma Süresi... 292 Radyasyon Birimleri... 295 Çekirdek Bağlanma Enerjisi... 295 Atom Altı Parçacıklar... 296
xi Radyoaktif Işık... 297 Absorplanmış Doz... 297 Doğadaki Temel Kuvvetler... 298 Radyoaktif Tepkimelerin Kinetiği... 298 ÇÖZÜMLÜ TEST... 299 ÇÖZÜMLER... 302 12. BÖLÜM: TERMODİNAMİK A. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ... 307 Sistem ve Çevre... 307 İç Enerji (U)... 307 Enerji ve İş... 307 Termodinamiğin I. Kanunu...308 B. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ DEĞİŞİMİ... 309 Endotermik Tepkimeler... 309 Ekzotermik Tepkimeler... 310 Sistemlerde Entalpi Değişimi... 311 Oluşum Entalpisi (Isısı)... 311 Tepkime Entalpisi ( H) Hesaplanması... 313 Hess Yasası (Tepkime Isılarının Toplanabilirliği)... 314 Born - Haber Çevrimi...316 Bağ Enerjileri... 317 Kalorimetre Kabı... 318 İstemlilik... 319 Termodinamiğin 2. Kanunu... 320 Termodinamiğin 3. Kanunu... 321 Gibbs Serbest Enerjisi... 321 Serbest Enerji ve Kimyasal Denge... 323 Buharlaşma Entalpisi... 323 Trouton Kuralı... 323 ÇÖZÜMLÜ TEST -1... 325 ÇÖZÜMLÜ TEST -2... 327 ÇÖZÜMLER -1... 329 ÇÖZÜMLER -2... 331 13. BÖLÜM: KİMYASAL KİNETİK A. TEPKİME HIZI... 335 Tepkime Hızının İzlenmesi... 336 Çarpışma Teorisi... 337 B. TEPKİME HIZINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER... 338 1. Derişimin Etkisi... 338 2. Sıcaklığın Etkisi... 338 3. Basınç ve Hacim Etkisi... 339
xii 4. Katalizörün Etkisi... 340 5. İnhibitör Etkisi... 341 6. Madde Cinsinin Etkisi... 341 7. Temas Yüzeyinin Etkisi... 342 C. HIZ DENKLEMİNİN YAZILMASI... 342 Tek Basamaklı (Mekanizmasız) Tepkimelerde Hız Bağıntısı... 342 Çok Basamaklı (Mekanizmalı) Tepkimelerde Hız Bağıntısı... 343 Tepkime Mekanizmasına Katalizörün Etkisi... 344 Deneysel Yoldan Hız Denkleminin Bulunması... 345 Birinci Dereceden Reaksiyon Hız Denklemi ve Yarılanma Ömrü... 347 İkinci Dereceden Reaksiyon Hız Denklemi... 348 Sıfırıncı Dereceden Reaksiyon Hız Denklemi... 348 Anlık Hız... 349 ÇÖZÜMLÜ TEST -1... 350 ÇÖZÜMLÜ TEST -2... 354 ÇÖZÜMLER -1... 356 ÇÖZÜMLER -2... 359 14. BÖLÜM: KİMYASAL DENGE A. FİZİKSEL DENGE... 363 B. KİMYASAL DENGE... 363 Denge Sabiti... 363 Derişimler Türünden Denge Sabiti... 364 Dengenin Nicel Görünümü... 364 Kısmi Basınçlar Türünden Denge Sabiti... 367 Denge Sabitinin Değişimi... 368 Dengenin Kontrolü (Denge Kesri)... 369 C. DENGEYE ETKİ EDEN FAKTÖRLER (Le Chatelier İlkesi)... 370 1. Derişimin Etkisi... 370 2. Basınç ve Hacmin Etkisi... 372 3. Sıcaklığın Etkisi... 373 Kimyasal Dengenin Nedeni... 375 ÇÖZÜMLÜ TEST... 376 ÇÖZÜMLER... 379
xiii 15. BÖLÜM: ÇÖZÜNÜRLÜK DENGESİ A. ÇÖZÜNÜRLÜK DENGESİ... 385 Çözünürlük... 385 Çözünme Olayında Düzensizlik Faktörü... 385 Çözünürlük Çarpımı... 386 Çözünürlük Çarpımının Hesaplanması... 386 Ortak İyonun Çözünürlüğe Etkisi... 388 Çökelme Koşulu... 389 Seçimli Çöktürme... 391 Çözünürlüğe Yabancı İyon Etkisi... 392 Çözünürlüğe Hidrojen (Hidronyum) İyonu Derişiminin Etkisi... 392 B. KOMPLEKS İYON DENGELERİ VE Kçç... 392 Kompleks İyon Dengeleri ve Oluşum Sabitleri... 392 Kompleks İyonlar İçeren Bir Çözeltide Çökelek Oluşması... 393 Ligand Derişiminin Çökmeyi Önleyecek Şekilde Ayarlanması... 394 Ligand Derişiminin Çökmeyi Önleyecek Şekilde Kompleks İyon Oluşturması ve Çözünürlük... 394 Kompleks İyonları Oluşturan Bir Çözeltiden Çökelek Oluşması... 394 ÇÖZÜMLÜ TEST... 395 ÇÖZÜMLER... 398 16. BÖLÜM: SULU ÇÖZELTİLERDE ASİT - BAZ DENGESİ A. ASİT-BAZ TANIMLARI... 403 1. Arrhenius Asit-Baz Tanımı... 403 2. Lowry-Bronsted Asit-Baz Tanımı... 403 3. Lewis Asit-Baz Tanımı... 404 Saf Suyun İyonlaşması... 405 ph ve poh Kavramı... 406 Kuvvetli Asitlerde ve Bazlarda ph ve poh... 408 Suda Asit ve Baz Dengeleri... 410 Zayıf Asitlerde ve Bazlarda ph ve poh... 410 Poliprotik Asitler ve ph... 411 İyonlaşma Yüzdesi... 412 B. NÖTRLEŞME...412 Tam Nötrleşme... 412 Kısmi Nötrleşme... 414 Tampon Çözeltiler... 414 Hidroliz... 417 C. TİTRASYON... 418 Asit veya Bazların Titrasyon Eğrileri... 418 İndikatörler... 421 ÇÖZÜMLÜ TEST -1... 423 ÇÖZÜMLÜ TEST -2... 426 ÇÖZÜMLER -1... 428 ÇÖZÜMLER -2... 432
xiv 17. BÖLÜM: ELEKTROKİMYA A. ELEKTROKİMYA... 437 Aktiflik... 437 İndirgenme ve Yükseltgenme Potansiyeli... 438 B. ELEKTROKİMYASAL PİL... 440 Bir Elektrokimyasal Pilin Çalışma Sistemi... 440 Anot... 441 Katot... 441 Tuz Köprüsü... 441 Pil Denklemi ve Pil Potansiyeli... 442 Pil Potansiyelinin Değişimi... 443 Derişim Pilleri... 444 Derişimin Pil Gerilimine Etkisi-Nerst Denklemi... 445 Redoks Tepkimelerin İstemliliği... 446 C. ELEKTROLİZ... 449 Erimiş NaCI Tuzunun Elektrolizi... 451 NaCI Çözeltisinin Elektrolizi... 451 Kaplamacılık... 453 Elektrolizin Nicel Yönü... 453 ÇÖZÜMLÜ TEST... 456 ÇÖZÜMLER... 461 18. BÖLÜM: ORGANİK KİMYA A. ORGANİK BİLEŞİKLER VE ÖZELLİKLERİ...467 Hidrokarbonlar... 468 Alkanlar... 468 Alkanların Adlandırılması... 471 İzomer Maddeler... 475 B. ORGANİK REAKSİYONLAR... 477 Yer Değiştirme Reaksiyonları... 477 Kovalent Bağların Bölünmesi... 477 Radikaller... 478 Seçimli Radikalik Halojenlemeler... 479 C. ALKANLARIN ELDESİ... 479 1. Würtz Sentezi... 479 2. Grignard Bileşiklerinin Hidrolizi... 480 3. Karboksilli Asit Tuzlarının Dekarboksilasyonu... 480 4. Alkil Halojenürlerin İndirgenmesi... 480 5. Doymamış Hidrokarbonların İndirgenmesi... 480 Açık-Zincirli Bileşiklerin Konformasyonları... 481 Sikloalkanlar... 481
xv D. DOYMAMIŞ HİDROKARBONLAR... 482 Alkenler... 482 Alkadienler... 483 Siklo Alkenler... 483 Alkenlerde İzomeri... 483 E. STEREOİZOMERİ... 484 Cis-trans izomerliği... 484 (E) ve (Z) Adlandırma Sistemi... 484 Chan-Ingold-Prelog Öncelik Sıralama Sistemi... 484 Halkalı Bileşiklerde Geometrik İzomeri... 485 F. ALKENLERİN TEPKİMELERİ... 486 1. Yanma Tepkimeleri... 486 2. Katılma Tepkimeleri... 486 Alkenlere Hidrojen Halojenürlerin Katılmasının Mekanizması... 487 Karbokatyonların Kararlılığı... 488 Alkenlere Su Katılması... 488 Alkenlere Halojen Katılması... 488 Alkenlerin Yükseltgenme Tepkimesi... 489 Alkenlerin Yükseltgenmeli Bölünmesi... 489 Polimerleşme Tepkimeleri... 489 G.ALKENLERİN ELDE EDİLME TEPKİMELERİ... 490 H. ALKİNLER... 491 Alkinlerin Adlandırılması... 491 Alkinlerin Tepkimeleri... 492 Alkinlerin Yükseltgenmeli Bölünmesi... 493 Alkinlere Katılma Tepkimeleri Özet... 493 Alkinlerin Elde Edilme Tepkimeleri... 494 I. ALKOLLER, ETERLER, ALDEHİTLER VE KETONLAR... 495 Alkoller... 495 Alkollerin Adlandırılması... 496 Eterler... 499 Aldehitler ve Ketonlar... 500 İ. KARBOKSİLLİ ASİTLER, ESTERLER, KARBONHİDRATLAR, AZOTLU ORGANİK BİLEŞİKLER, AROMATİKLER... 504 1. Monokarboksilli Asitler... 504 2. Polikarboksilli Asitler... 504 Karboksilli Asitlerin Adlandırılması...504 Karboksilli Asitlerin Genel Elde Edilme Tepkimeleri... 505 Karboksilli Asitlerin Özellikleri... 506 Karboksilli Asitlerin Kimyasal Tepkimeleri... 506 Esterler... 507 Yağlar... 509 Karbonhidratlar... 510 Azotlu Organik Bileşikler... 511 Aromatik Bileşikler... 512
xvi J. STEREOİZOMERİ... 522 Optik İzomeri (Optikçe Aktiflik)... 522 Asimetrik Karbon Atomu... 522 Simetrik Karbon Atomu... 522 Enantiyomerler ve Rotamerler... 523 Polarize Işık... 523 D ve L Tipi Enantiyomerler... 523 R-S Adlandırma Sistemi... 524 Rasemik Karışım... 524 Birden Fazla Asimetrik Karbon... 524 İki Kiral Karbon Atomlu Bileşiklerde (R) ve (S)Sistemi... 525 Diastereomerler... 525 ÇÖZÜMLÜ TEST -1... 526 ÇÖZÜMLÜ TEST -2... 529 ÇÖZÜMLER -1... 534 ÇÖZÜMLER -2... 536 KAYNAKLAR... 541
ALAN BİLGİSİ
1. BÖLÜM MADDE
5 A. KİMYA BİLİMİ Kimya bilimi maddeyi incelemektedir. Kimya, maddenin yapısını, özelliklerini, bileşimini, etkileşimlerini ve tepkimelerini araştıran bilim dalıdır. Genel bir ifadeyle Kimya maddenin özellikleriyle, sınıflandırılmasıyla, atomlarla, atom teorisiyle, kimyasal bileşiklerle, kimyasal tepkimelerle, maddenin hâlleriyle, molekül içi ve moleküller arası çekim kuvvetlerle, kimyasal bağlarla, tepkime hızıyla ve kimyasal dengenin prensipleriyle ve benzeri konularla ilgilenir. Kimyanın ana bilim dalları ise; 1. Analitik kimya, 2. Anorganik kimya, 3. Organik kimya, 4. Fizikokimya, 5. Biyokimya şeklinde sınıflandırılabilir. Aslında bu ana bilim dallarına ülkemizde ve yabancı ülkelerde yeni eklemeler yapılmıştır. Örnek Polimer Kimyası, Nanoteknoloji, Biyoteknoloji, Yüzey Kimyası, Biyoorganik Kimya vb. Ancak kitabımızın içeriğinde biyokimya ve yukarıda örnekler verdiğimiz ana bilim dallarına değinmeyeceğiz. Ayrıca ana bilim dalları ayrı başlıklar altında incelenmeyecek, konular bütüncül bir anlayış içerisinde verilmeye çalışılacaktır. İsterseniz önce kimyanın temel bir bilim dalı olma sürecini birlikte inceleyelim. kimya biliminin temelini Simya oluşturmaktadır. Simyadan Kimya bilimine geçişin tarihsel sürecini şöyle özetleyebiliriz: Kimyanın bugün bulunduğu nokta yaklaşık 3 bin yıllık bir bilgi birikiminin sonucudur. Doğada süre giden olayların nedenlerini araştırmak, bunlara anlamlı açıklama bulmak tarih kadar eski bir olaydır. Bütün öteki bilim dalları gibi kimya da insanın yararlandığı basit buluşlarla gelişmiştir. İnsanları yeni maddeler keşfetmeye yönelten ihtiyaçları aşağıdaki şekilde sıralayabiliriz. 1. Beslenme ihtiyacı: Önce hayatta kalabilmek için doğadaki yenilebilir maddeleri keşfetmekle işe başladılar. 2. Barınma ve korunma ihtiyacı: Sonra yıldırımlardan ve vahşi hayvanlardan korunmak için kendilerine uygun barınaklar hazırlamakla işe devam ettiler. Mağaralar ve değişik barınma yerleri inşaat ettiler. 3. Savunma ve avlanma ihtiyacı: Hayatta kalabilmek ve hayatı kolaylaştırmak için değişik aletler ürettiler. 4. Isınma ihtiyacı: Ateşi kullanmayı öğrendiler. 5. Günlük hayatını kolaylaştırma ihtiyacı: Demire ve bakıra şekil vermeyi keşfettiler. 6. Giyinme ihtiyacı: Avladıkları hayvanların derilerinden elbiseler ürettiler. 7. Dış görünüşünü değiştirme çabası: Güzelleşmek ve dış görünüşlerini daha güzel göstermek için değişik boyaları ürettiler ve kullandılar. 8. Değişik tatları kullanma ve gıdalarını daha uzun saklama ihtiyacı: Tuzu buldular. 9. Hastalıkları ve yaraları tedavi etme ihtiyacı:yaralarını iyileştirmek için değişik bitkilerden elde ettikleri maddeleri ilaç olarak kullandılar. MÖ 2000 yıllarından beri Mısır daki kimyacılar basit ilaçların yapımı ve bunların üretimi ile ilgilenmişlerdir. Sınama yanılma yöntemiyle bazı bitkilerin öz sularının iyileştirici, bazılarının ise zararlı etkileri olduğunu görmüşlerdir. Bu dönemde kimyanın büyü ve tılsımla eş değer tutulduğu da söylenebilir. Eldeki bilgiler Mısırlıların bakır, kurşun ve civayı cevherlerinden ayırabildiklerini, cam yapımı, boyacılık ve altın saflaştırma konularında oldukça fazla deneyimleri olduğunu göstermektedir. Mısır uygarlığı kimyadan geniş ölçüde yararlanmış olmasına rağmen işin daha çok pratik yönü ile ilgilendikleri, teorik yönü ile ilgilenmedikleri anlaşılmaktadır. Yunan filozofları ise Mısırlıların tersine işin teorik yönü ile ilgilenmişler, deneysel yönü ile pek ilgilenmemişlerdir. Yunan Felsefesine Göre Kimya Yunan filozoflarının bir kısmı bütün maddelerin belli bir ana maddesi olduğunu ileri sürmüşlerdir. Bir başka ifadeyle doğadaki çeşitli görünümlerdeki maddelerin belli bir ortak özelliği, yapısı vardır. Empedokles (MÖ 492 432) ana maddenin dört unsurdan (elementten) oluştuğunu ileri süren ilk düşünürdür. Empedokles e göre ana madde hava, su, toprak ve ateş olmak üzere dört elementten meydana gelmektedir. Bu dört elementten biri katı (toprak), biri sıvı (su), biri ise gaz (hava)dır. Ateş de havadan daha hafif bir çeşit gaz olarak kabul edilmektedir. Bu görüşe göre bir cisim yandığı zaman kendini oluşturan elementlerine ayrışmaktadır. Mesela odun karmaşık bir maddedir. Yandığında ateş açığa çıkar. Duman (hava) yükselir. Yanma sırasında suyun kaynadığı görülebilir. Yanma sonunda kalan kül ise toprağı belirtir. Bu nedenle hava, su, toprak ve ateşin birleşerek odunu oluşturduğuna inanılır. Leukippos (MÖ 5. yüzyıl) ve onun öğrencisi olan Demokritos (MÖ 460 370) atom kavramını ilk ortaya atan bilginlerdir. Bunlar maddenin en küçük parçasına, Yunancadaki bölünemez anlamına gelen atomos adını vermişlerdir. Atomların sürekli hareket hâlinde olduğunu söyleyen Demokritos tur.
6 Demokritos a göre uzay, atomların düşünülmeyecek kadar uzun süredir içinde hareket ettikleri büyük boşluktur. Aristo (MÖ 384 322), Empodokles in dört elementinden (hava, su, toprak, ateş) esinlenerek yeni bir kuram ortaya koyar. Aristo, maddenin temel özellikleri olarak adlandırdığı sıcaklık, soğukluk, nemlilik (ıslaklık) ve kuruluğun çiftler hâlinde birleşmesiyle bu elementlerin meydana geldiğini ileri sürer. Buna göre su, nemli ve soğuk şeylerin, ateş ise sıcak ve kuru şeylerin özüdür. Dört temel özellik ikişer ikişer birleşerek yalnız dört bileşim meydana getirebilir. Çünkü sıcak ile soğuk veya kuru ile yaş gibi karşıt özellikler birleşemez. Özelliklerden birinin yerine ötekinin geçmesiyle bir element ötekine dönüşebilir. Hava Sıcak Islak Ateş Su Kuru Soğuk Toprak Şekil: Aristonun Element Sınıflandırması Orta Çağ'da Kimya Orta Çağ'daki kimyacılar ki bunlara simyacılar (alşimistler) da denir, yeni bir teori getirdiler. Bütün deneysel çalışmalarını bu teoriye dayandırdılar. Onlar şuna inanıyorlardı, insanlar dâhil doğadaki her şey bir bütünlüğe, mükemmelliğe doğru gitmektedir. Altının gerçek metal olduğuna karar verdiler. Çünkü bu element havadan etkilenmiyordu, asitlere karşı dayanıklıydı ve kükürtle ısıtıldığında öteki metaller gibi etkilenmiyordu. Onlara göre bütün metaller altına dönüşme yönünde bir çaba içindedir. Altın ile öteki metaller arasındaki tek fark bunların olgunluk dereceleri yani yaşlarıdır. Bunlar doğadaki yavaş dönüşümlerini hızlandırmanın mümkün olduğunu düşünüyorlardı. Dolayısıyla bir metalin başka bir metale ve sonunda altına dönüştürülmesi ana amaç hâline gelmişti. Simya, saf olmayan metallerden altın elde edilmesi veya insan ömrünü sonsuza kadar uzatmayı sağlayacak olan hayat iksirinin bulunması ile eş anlamlı tutulmuştur. Gerçekten de simyacılar daha çok zenginlik ve uzun ömür sağlamak için kimya ile ilgileniyorlardı. Orta Çağ dan itibaren Avrupalı simyagerler hem madenleri altına çevirmek hem de ölümsüzlük iksiri yapmada kullanılacağını düşündükleri efsanevi bir madde olan "Felsefe Taşı"nın bulunması için büyük çaba harcadılar. Simyanın temel bir bilim dalı olmamasının nedenleri aşağıdaki nedenlere bağlanabilir. 1. Simya teorik temellere sahip değildir. 2. Sınama yanılma yolu ile olayları anlamaya çalışır. 3. Sistematik bilgi birikimine sahip değildir. Simyacılar çalışmalarını yüzyıllarca sürdürmüşler ancak yanlış bir varsayımdan yola çıktıkları için bekledikleri sonucu alamamışlardır. Bununla birlikte simyacıların çalışmalarının tamamen boşa gittiği de söylenemez. Yapılan çok sayıdaki araştırma gerçek bilginin öğrenilmesini sağlamıştır. Simyanın kimya bilimine katkıları üç başlıkta incelenebilir: 1. Yeni kimyasal maddelerin (özellikle bazı karışımların) ilk defa elde edilmesi 2. Bugün laboratuvarda kullandığımız deney araç gereçlerinin ilk basit örneklerinin keşfedilip kullanılması 3. Günümüzde kimya deneylerinde kullanılan bazı yöntemlerin ve en temel işlemlerin (damıtma, kristallendirme vs.) kullanılması Simyacılar yüzyıllar boyunca günümüzdeki laboratuvarlarda hâlen kullanılan birçok kimyasal metodu kullanmıştır. Sabitleştirme Damıtma Çözme Süblimleştirme Yumuşatma Mayalandırma Eski çağlarda insanlar, sınama yanılma yolu ile doğada bulunan bir kısım maddenin faydalarını keşfetmişlerdir. Bu maddelere örnek olarak; Simyadan günümüze aktarılan bulgular: Barut Madenlerin işlenmesi Metaller üzerinde çalışmalar Mürekkep Kozmetik Boya üretimi Derinin boyanması Seramik Esans üretimi Kâğıt Cam Simyacıların çalışmaları sonucunda keşfedilen kimyasal maddeler: Sülfürik asit: H 2 SO 4 (Zaç yağı) Nitrik asit: HNO 3 (Kezzap) Hidroklorik asit: HCl (Tuz ruhu) Demir II sülfat: FeSO 4 (Kıbrıs taşı Zaç Kıbrıs Vitriyol) Asetik asit: CH 3 COOH (Sirke ruhu)
7 Potasyum alüminyum sülfat: KAl (SO 4 ) 2 (Şap) Sodyum sülfür: Na 2 S (Sarı zırnık) Potasyum nitrat: KNO 3 (Hint güherçilesi) Sodyum nitrat: NaNO 3 (Şili güherçilesi) Na stearat + Na oleat + Na palmitat: (Sabun) K stearat + K oleat + K palmitat: (Arap sabunu) Kurşun oksit: Pb 3 O 4 ( Süleğen, turuncu boya ) Sodyum Klorür: NaCl (Yemek tuzu) Bakır II Sülfat: CuSO 4 (Göz taşı) Kükürt: S Malahit Yeşili: Cu 2 CO 3 (OH) 2 dir. Kil: mal 2 O 3, nsio 2, ph 2 O Çinko sülfür: ZnS (Üstübeç beyaz boya) Hıristiyanlığın ilk yüzyılında Yahudi Maria olarak bilinen bir kadın simyacı çeşitli türde fırınlar, ısıtma ve damıtma düzenekleri geliştirmiş, Simyacı Kleopatra ise altın yapımı konusunda bir kitap yazmıştır. Maria nın buluşu olan su banyosu günümüzde de Benmari adı altında kullanılmaktadır. MS 350-420 yılları arasında İskenderiye de yaşamış olan Zosimos, simya öğretisinin en önemli temsilcisidir ve 28 ciltlik bir simya ansiklopedisi yazmıştır. Cabir İbn Hayyan, Ebubekir el Razi ve İbn Sina ünlü Müslüman simyacılardır. Ebu Musa Câbir bin Hayyan (721 815) Harran Üniversitesi rektörüdür. Atomun parçalanabileceğini ifade eden büyük bir bilim adamıdır. İnbik adı verilen laboratuvar düzeneğini geliştirmiş ve kendisinin ortaya attığı "Baz" kavramıyla Kimya nın gelişmesine katkıda bulunmuştur. Eserlerinden 12. yüzyılda Latinceye çevrilmiş olan Kitab al- Kimya adlı eseri, Simya ve Kimya kelimelerinin kökenini oluşturmuştur. İnbik (Damıtma Aracı) Filojiston Kuramı ve Yanma Empedokles in yanan bir cisimden bir şeylerin ayrıldığını ve geride hafif bir kül bıraktığını gözlemlediğini söylemiştik. Bundan sonra yanan bir cismin ağırlığında bir azalma ile bozunduğu genel olarak kabul görmeye başlamıştır. Robert Boyle (1626 1691); metallerin oksitlerine dönüştürülmelerinde ağırlıklarının arttığını, solunum ve yanma sırasında havanın bir kısmının azaldığını (oksijen) ve geride yanma için elverişsiz bir gaz kaldığını (azot) biliyordu. Alman kimyacı Becher, 1669 yılında ateşi yanan cisimdeki bir element olarak tanımlamış ve yanma sırasında bunun kaçıp gittiğini varsaymıştır. Daha sonra 1702 yılında Georg Stahl, bu nesneyi Filojiston (Phylopiston) olarak adlandırmıştır. Bu teoriye göre, metaller ısıtıldıklarında filojiston kaybederler ve kül şeklinde artık bırakırlar (maden külü). Filojistonca zengin olan odun kömürü veya hidrojen ile ısıtılırsa kaybettiği filojistonu tekrar soğurur ve tekrar metal hâline gelir. Yanıcı cisimler yanıcı olmayan bir kısım ile filojistondan oluşmuştur. Buna göre metal oksitler birer element, metaller ise metal oksit (kül) ve filojistondan oluşan birer bileşiktir. Bu teori yaklaşık 100 yıl kimyaya egemen olmuştur. Bu teoriye göre yanmakta olan bir kibrit kapalı bir kaba bırakılırsa bir süre sonra sönecektir. Çünkü şişe içindeki hava filojiston yönünden doymuş hâle gelecektir. Canlı organizmaların yaptığı da zaten, bünyeyi filojiston yönünden arındırmaktır. Bir fanusun altındaki fare, etrafındaki hava filojiston yönünden doygun hâle gelince ölür. Bu teori gerçekte çok ilginçtir. Yanma olayı, hiçbir tartım yapılmadan bizim bugünkü açıklamamıza benzer şekilde açıklanmaktadır. Dikkat edilirse bu teorideki filojiston bir bakıma bizim karbondioksite eş değer olmaktadır. Modern Kimyanın Öncüleri (17. Yüzyılda Kimya) Orta Çağ'da kimyadan pratik olarak yararlanılır ve zenginlik aracı olarak bakılırken 1661 yılında İngiliz bilgini Robert Boyle nin (1626 1691) şüpheci kimyager adlı yapıtının yayımlanmasıyla Aristocuların görüşü altüst olmuştur. Robert Boyle ilk kez kimyasal elementleri maddenin parçalanamayan yapı taşları olarak tanımlamıştır. Yine ilk kez kimyasal bileşikler ile karışımlar arasındaki ayrımı yapmış ve kimyasal bileşiklerde maddenin özelliklerinin değiştiğini, basit karışımlarda ise her bir maddenin özelliklerinin korunduğunu açıkça belirtmiştir. Buna göre element bir özellik değil, bir maddedir. Bileşikler elementlerin birleşmesinden meydana gelirler. Görüldüğü gibi Robert Boyle, element ve bileşiklerin bugün de geçerli olan doğru tanımlarını yapmıştır. Robert Boyle nin çalışmalarının en önemli özelliklerinden biri de gazlar üzerinde yaptığı deneylerdir.
8 Çalışmaları sonunda gazların basıncı ile hacminin ters orantılı değiştiğini bulmuştur. Bu yasa bugün de kendi ismiyle anılır. Lavoisier (1743 1794), Filojiston kuramının egemen olduğu bir dönemde, yanma olayını bugünkü anlamda açıklayan bilgindir. Lavoisier, metal oksitlerinin oksijen ile metallerin verdiği bileşikler olduğunu kanıtlamıştır. Kapalı kaplarda yaptığı deneylerle bir kimyasal tepkime sırasında maddenin değişmediğini bulmuştur. Bu buluşu Kütlenin Korunumu Yasası olarak bilinir. Buna göre hiçbir şey, ne yapay yollarla ne de doğal işlemlerle, yeniden yaratılamaz. Her bir işlemde madde miktarı, işlemden önce ve sonra aynıdır. Değişen yalnız biçimleridir. Bir başka deyişle her bir işlemde maddenin niceliği değişmez, yalnız niteliği değişir. Lavoiser in bu yasası Einstein in görecelik (rölativite) kuramını ortaya atmasına kadar geçerliğini korudu; nicel kimya Lavoisier in bu kuramına dayanır. Lavoisier den sonra kimyagerler, kimyasal olaylardaki kütleler üzerindeki çalışmalarını yoğunlaştırmışlardır. Bileşik ile karışım arasındaki fark belirginleşmeye başlamıştır. Bir kısım kimyagerler bileşiklerdeki element oranlarının değişken olduğunu söylerlerken J. L. Proust (1755 1826) bileşiklerin belli bir bileşiminin olduğunu, bileşiklerin özelliklerinin ve kendini meydana getiren bileşenlerin oranının değişmediğini ortaya atmıştır. Bu prensip bugün "Sabit Oranlar Yasası" olarak bilinir. Richter birleşme oranları yasası ile stokiometrinin (madde denkliği) kurucusu sayılır. Asit ve bazın nötrleştirilmesi yardımıyla miktar oranlarını saptamıştır. Demir veya cıva gibi bazı elementlerin oksijenle farklı oranlarda birleşebileceğini ileri sürmüştür ki bu çok sonraları değerlik kavramıyla doğrulanabilen bir gözlemdir. Alman kimyager Jeremias Richter (1767 1807) 1792 1802 yılları arasındaki çalışmalarında o güne kadar çağdaşlarının ihmal ettiği bir konuda önemli buluşlar yaptı. Buna göre birbiriyle tepkimeye giren iki elementin birleşme oranlarındaki miktar bu elementlerin bir üçüncü elemente verdikleri tepkimelerde de aynıdır. Mesela 1 g hidrojen 8 g oksijenle birleşerek suyu, 1 g hidrojen 3 g karbonla birleşerek metanı, 1 g hidrojen 35.5 g klorla birleşerek hidrojen klorürü, 1 g hidrojen 25 g arsenikle birleşerek arsini meydana getirir. Kimyanın ilgi alanı madde ve maddenin iç yapısı olduğuna göre öncelikli olarak maddenin tanımı, maddenin temel özellikleri ve maddenin sınıflandırılması ile başlayabiliriz. Birim Sistemleri Birim: Bir büyüklüğü ölçmek ve karşılaştırmak amacıyla seçilen aynı cinsten büyüklüklere birim denir. 4 birim sistemi vardır. MKS (metre, kilogram, kuvvet, saniye) CGS (santimetre, gram, saniye) MTS (metre, ton, saniye) (SI) UKSA (metre, kilogram, saniye, amper) (SI) (metrik birimleri): Ölçümün bilimsel sistemi Sys'teme Internationale d'unites' (Uluslararası Birimler Sistemi) diye bilinir ve (SI) şeklinde kısaltılır. Bu sistem metre diye bilinen uzunluk birimini temel alan metrik sistemin modern şeklidir. (SI) ondalık bir sistemdir. (SI) Birim Sistemine Göre Temel Birimler Miktar (Sembol) Birim Adı Kısaltılmış Şekli Uzunluk (l) metre m Kütle (m) kilogram kg Zaman (t) saniye s Sıcaklık (T) kelvin K Madde Miktarı (n) mol mol Elektrik Akımı (Ι) amper A (SI) Bİrimleri İçin Kullanılan Ön Ekler: Katlar Ön Ek Kısaltma 10 1 deka da 10 2 hekta h 10 3 kilo K 10 6 mega M 10 9 giga G 10 12 tera T Kesirler Ön Ek Kısaltma 10-1 desi d 10-2 santi c 10-3 mili m 10-6 mikro µ 10-9 nano n 10-12 piko p
9 Ölçümlerde Belirsizlikler Tüm ölçümlerde hata olabilir. Ölçme aletlerinin yapımından ya da doğasından ileri gelen hatalara sistematik hata denir. Deneyi yapan kişinin bilimsel bir aleti okumaktaki becerisi ve yeteneğindeki sınırlar da hatalara ve deney sonuçlarının yüksek ya da düşük bulunmasına yol açabilir. Bu hatalara da tesadüfi hatalar denir. Kesinlik; ölçülen miktarın tekrarlanabilirlik derecesini gösterir ya da birkaç kez ölçülen miktarın sonuçları arasındaki yakınlığı belirtir. Eğer her bir ölçüm serisi ortalamadan az bir miktar saparsa bu ölçümlerin kesinliği yüksektir. Yani sonuçlar iyidir. Aksine ölçümler arasında büyük bir sapma varsa kesinlik zayıftır yani sonuçlar kötüdür. Doğruluk; ölçüm değerinin kabul edilen değere ya da gerçek değere ne kadar yakın olduğunu gösterir. Anlamlı Rakamlar: Sayılar, kesin sayılar ve ölçme sayıları olarak ikiye ayrılır. Kesin sayılar belirsizliği olmayan sayma sayıları ve tanım sayılarıdır. Ölçme sayıları ise bir ölçme sonucu elde edilen, son hanesinde belirsizlik bulunan sayılardır. Son hanedeki rakamın önündeki rakamlar kesin olarak bilinen rakamlardır. Kesin olarak bilinen rakamlarla belirsizlik olan rakamların tümüne anlamlı rakamlar denilir. 25 (belirsizlik ±1) 2300 (belirsizlik ±100) Ölçme Sayısı Belirsizlik Anlamlı Rakam Sayısı 683 ±1 3 6830 ±10 3 6830,510 ±0,001 7 0,00045 ±0,00001 2 0,0403 ±0,0001 3 8,000 ±0,001 4 7,210 ±0,001 4 15,00 ±0,01 4 10,00005 ±0,0001 7 0,0015 ±0,0001 2 0,01050 ±0,00001 4 Örnek Aşağıdaki sayıların belirsizliğini ve anlamlı rakam sayısını söyleyiniz. Belirsizlik Anlamlı Rakam Sayısı 273,15 ±0,01 5 56,00 ±0,01 4 0,0008 ±0,0001 1 1,305 ±0,001 4 625 ±1 3 45,3 ±0,1 3 0,033 ±0,001 2 320,03 ±0,01 5 0,029 (belirsizlik ±0,001) 26,64 (belirsizlik ±0,01) Bir anlamlı sayıdaki anlamlı rakamlar soldan sağa doğru 0 olmayan ilk rakamdan itibaren sayarak bulunur. 0'lar ortada ise veya ondalık noktasından sonra ise anlamlı rakam olarak sayılırlar. Ondalık noktasını yerleştirmek için kullanılan 0'lar anlamsızdır. Bazı Ölçme Sayılarının Belirsizliği ve Anlamlı Rakam Sayıları: Anlamlı değil: ondalık basamağı göstermek için Anlamlı değil: kullanılan "kozmik amaçlı sıfır" sıfırlar 0, 0 0 9 0 0 6 8 0 0 Anlamlı: sıfır olmayan tam sayılar Anlamlı: sıfırdan farklı sayılar arasındaki sıfırlar Anlamlı: bir sayıda ondalık basamağın sağındaki sıfırlar Sayıların Yuvarlatılması: Çok rakamlı sayıları daha az rakamlı sayılara indirme işlemine yuvarlatma denilir. Sayıların yuvarlatılmasında genel olarak 5'ten büyük olan sayılar yuvarlatılırken kendi önündeki sayı 1 artırılır. 5'ten küçük olan sayılar yuvarlatılırken kendi önündeki sayı aynen kalır. Eğer yuvarlatılacak sayı tam 5 ise önündeki sayı çift rakam ise aynı kalır, tek rakam ise 1 artırılır. Örnek 16.763 16.76 17.767 16.77 16.765 16.76 16.775 16.78 Bir hesaplamanın sonucu anlamlı rakam sayısı en küçük olan sayı kadar anlamlı rakamla verilir. Bir toplama veya çıkarmanın sonucu en az sayıda ondalık kısım içeren sayı kadar ondalık ile belirlenir. 10.05 + 15 = 25.05 25
10 Bir çarpma veya bölmenin sonucu ise verilerde en az anlamlı rakam içeren sayının rakamı kadar anlamlı rakamlarla verilir. Örnek Boyutları 1.8x10 2 m, 262 m, 2 m olan kübün hacmini hesaplayalım., 8 : 10 2m: 262 m: 2 m 9, 432 : 10 2m3 9 : 10 2m3 144244 3 S S 2 3 1 MADDE Madde, uzayda belirli bir yer kaplayan, kütlesi ve eylemsizliği olan her şeydir. Maddenin şekil almış hâline de cisim denir. Maddenin Ortak Özellikleri Bütün maddelerde olması gereken özelliklere ortak özellikler denir. Bunları şöyle sıralayabiliriz: Hacim Maddenin uzayda kapladığı yere hacim denir. Hacim birimi cm 3 ve katlarıdır. 1 litre ise 4 C ve 760 mmhg basınç altındaki 1 kilogram saf suyun hacmidir. 1 litre 1000 ml ve 1000,027 cm 3 tür veya 1 ml 1, 000027 cm 3 tür. Kütle Bir maddenin hacmini dolduran madde miktarına kütle denir. Kütle, madde miktarının bir ölçüsüdür ve herhangi bir cismin kütlesi o cismin uzaydaki konumuna göre değişmez. Kütlenin birimi kg ve katlarıdır. Paris yakınlarında Sevres teki uluslararası ölçü ve tartılar müzesinde bulunan %90 platin ve %10 iridyumdan yapılmış olan bir silindirin kütlesi 1 kilogram olarak kabul edilmiştir. Bir cisme etki eden yerçekimi kuvvetine ağırlık denir. Ağırlık bir kuvvet olup;- kg kuvvet, g kuvvet, dyn ve newton birimleri ile ifade edilir. 1 kg kuvvet 1000 g kuvvet 9,81 newtondur. 1 g kuvvet 981 dyn dir. Ağırlık, kuvvet ölçen aletlerle yani dinamometrelerle ölçülür. Ağırlık ve kütle, farklı iki kavramdır ve farklı birimlerle ölçülür. Kütle ile ağırlık kavramları arasında bir bağıntı mevcuttur. Ağırlık W, kütle m, yerçekimi ivmesi g ile gösterilirse bu bağıntı: W m g şeklinde ifade edilir. Eylemsizlik Maddenin sahip olduğu durumu koruma isteğidir. Başka bir ifadeyle eylemsizlik; duran bir cismin durmak istemesi, hareketli olan bir cismin de hareket etme eğiliminde olmasıdır. Eylemsizliğin birimi yoktur. Tanecikli Yapı Bütün maddeler atom denilen küçük taneciklerden yapılmıştır. Atomlar da proton, nötron ve elektron gibi küçük taneciklerden yapılmıştır. Bütün bu tanecikler arasında boşluklar vardır. Onun için maddede boşluklu ve tanecikli yapı esastır. Elektrikli Yapı Bütün maddelerin yapısında ve yükler mevcuttur. Bu nedenle bütün maddeler elektrikli yapıdadır. Maddenin ortak özellikleri madde miktarına bağlıdır. Kapasite ve Şiddet Özelliği Maddenin özellikleri extensif (kapasite) ve intensif (şiddet) olmak üzere ikiye ayrılır. Her ikisi de fiziksel özelliklerdir. Kapasite özellikleri kütle ve hacim gibi maddenin büyüklüğüne (miktarına) bağlı olan özelliklerdir. Şiddet özellikleri madde büyüklüğünden bağımsız olup yoğunluk, erime noktası ve kaynama noktası gibi özelliklerdir. Maddenin Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Maddenin dış yapısıyla ilgili olan bir başka ifadeyle bileşimiyle ilgili olmayan özelliklere fiziksel özellik denir. Maddenin bileşiminin değişmediği; sadece özkütle, elektrik iletkenliği, şekil gibi fiziksel özelliklerinin değiştiği değişmelere fiziksel değişmeler denir. Fiziksel Özellik Erime Kaynama Çözünme Fiziksel Değişme Buzun Erimesi Suyun Kaynaması NaCl'nin Suda Çözünmesi Maddenin bileşimi (iç yapısı) ile ilgili olan özelliklere kimyasal özellik denir. Yanıcı olup olmaması, asidik ya da bazik özellik göstermesi, oksitlenebilmesi vb. Maddenin bileşiminde (iç yapısında) gerçekleşen değişiklikler kimyasal değişimdir. Kâğıdın yanması, hidrojen ve oksijenin birleşerek su oluşturması, demirin paslanması vb. Kimyasal Özellik Yanma Paslanma Çözünme Kimyasal Değişme Metan gazının yanması Demirin paslanması Çinko metalinin HCl çözeltisinde çözünmesi Maddelerin hâl değişimleri birer fiziksel değişimdir. Maddelerin fiziksel hâllerini inceleyelim. Maddenin Hâlleri Madde doğada katı, sıvı, gaz ve plazma olmak üzere dört farklı fiziksel hâlde bulunur.