ELEMENTLER Aynı cins atomlardan oluşan, fiziksel ya da kimyasal yollarla kendinden daha basit ve farklı maddelere ayrılamayan saf maddelere element denir. Bir elementi oluşturan bütün atomların büyüklükleri ve atomların arasındaki uzaklık aynıdır. Fakat bir elementin atomları ile başka bir elementin atomlarının büyüklükleri ve atomların arasındaki uzaklıkları farklıdır. Aynı elementten yapılan farklı maddeler de aynı cins atomlardan oluşurlar. Elementi oluşturan atomların birbirine olan uzaklığı elementin katı, sıvı ve gaz haline göre değişebilir. Günümüzde bilinen 118 element vardır. Bu elementlerin 92 tanesi doğada bulunurken geri kalanı da laboratuvarlarda elde edilen yapay elementlerdir. Elementler sembollerle gösterilir ve her elementin kendine özgü sembolü vardır. Element sembolü yazılırken; Sembol tek harfli ise büyük harfle yazılır. Sembol iki veya üç harfli ise ilk harf daima büyük, diğer harfler küçük yazılır. (Sembollerin iki veya üç harften oluşmasının nedeni, bazı elementlerin baş harflerinin aynı olmasıdır). Elementlerin sembollerle gösterilmesinin nedeni, bütün Dünya da ortak bir bilim dili oluşturmak, bilimsel iletişimi ve yazımlarını kolaylaştırmaktır. Elementlerin bütün Dünya da kullanılan sembolleri aynı olmasına rağmen isimleri dillere göre farklıdır. (Türkçe, Rusça, Çince, Japonca da element isimleri farklı olmasına rağmen sembolleri aynıdır). Elementler ilk bulunduklarında Bir kısmına elementlerin özelliklerini belirten bir isim (hidrojene Latincede su üreten anlamına gelen hydro genes, oksijene, Latincede asit yapan anlamına gelen oxygenium, fosfora Latincede ışık veren phosphorus, Bir kısmına elementi bulan bilim adamının ismi (Albert Einstein Aynştaynyum Es, Gregor Mendel Mendelevyum Md, Rutherford Rutherfordyum Rf, Andre Marie Curi Küriyum Cm), Bir kısmına gezegen ve yıldızların isimleri (Neptün Neptünyum Np, Plüton Plütonyum Pu, Uranüs Uranyum U) Bir kısmına da çeşitli kıta, şehir ve ülke isimleri (Avrupa Europyum Eu, Amerika Amerikyum Am, Kaliforniya Kaliforniyum Cf, Fransa Fransiyum Fr) verilmiştir. 1
Elementlerin sembolleri belirlenirken, elementlerin Latince isimlerinin ilk veya ilk iki (üç) harfi kullanılmıştır. Elementler belli bir sisteme göre sıraya dizilmişlerdir. Bu sisteme göre ilk 20 elementin ismi ve sembolü aşağıdaki gibidir. 2
ATOMUN YAPISI Elementlerin tüm özelliğini gösteren en küçük parçasına atom denir. Atomu oluşturan parçacıklar farklı yüklere sahiptir. Atomda bulunan yükler; negatif yükler ve pozitif yüklerdir. Atomu oluşturan parçacıklar: * Cisimden cisme elektrik yüklerini taşıyan negatif yüklü elektron, * Elektronların yükünü dengeleyen aynı sayıda ama pozitif yüklü olan proton, * Elektrik yükü taşımayan nötr parçacık nötron. Atom iki kısımdan oluşur: 1-Çekirdek (merkez) ve 2-Katmanlar (yörünge; enerji düzeyi) Çekirdek, hacim olarak küçük olmasına karşın, atomun tüm kütlesini oluşturur. Çekirdekte proton ve nötronlar bulunur. Elektronlar ise çekirdek çevresindeki katmanlarda bulunur. NOT: Proton sayısı atomlar (elementler) için ayırt edici özelliktir. Yani proton sayısının farklı olması elementin diğerinden farklı olduğu anlamına gelir. Tanecik adı Sembol Elektrik yükü Kütle (kg) Proton P + + 1,6725.10-27 kg Elektron e - - 9,107.10-31 kg Nötron n 0 0 1,6748.10-27 kg Nötr bir atom için; elektron sayısı= proton sayısı (A.N.) Atom numarası= proton sayısı Çekirdek yükü= proton sayısı İyon yükü= proton sayısı elektron sayısı (E.S.) (K.N.) Kütle numarası= proton + (N.S)nötron sayısı (Nükleon sayısı)(atom ağırlığı) Atom Numarası = Proton Sayısı = Çekirdek Yükü = Elektron Sayısı
ELEKTRON DİZİLİMİ Atom çekirdeğinin etrafında dolaşan elektronlar rastgele yollar izlemez. Tıpkı taşıtların otoyollarda hareket ettiği gibi elektronlar da katman ismi verilen alanlarda hareket ederler. İlk 20 element için elektron dağılımında uyulması gereken üç kural vardır: 1. İlk katmanda en fazla 2 elektron bulunabilir buna DUBLET KURALI denir. 2. Sonraki katmanlarda en fazla 8 elektron bulunabilir buna OKTET KURALI denir. 3. Elektron dağılımı sırasında bir önceki katman tam doldurulmadan sonraki katmana elektron yerleştirilmez. İlk 20 elementin elektron dağılımı aşağıdaki gibidir. Geçmişten Günümüze Atom Modellerinin Serüveni
DALTON ATOM MODELİ: John Dalton, maddeleri çok küçük yapı taşlarının topluluğu halinde bulunduğu fikrini ileri sürdü Dalton un atom teorisi olarak ortaya konulan temel özellikler şunlardır. - Tüm maddeler atomlardan yapılmıştır. ( maddelerin özelliklerini gösteren birim parçacıklar atom veya atom gruplarıdır ) ( Maddelerin en küçük yapı taşları atomlardır.) - Farklı cins atomlar farklı kütlelerdedir. - Atom katı, sert, içi dolu küre şeklindedir. - Bir elementin bütün atomları birbirinin aynıdır. (Aynı cins elementlerin atomları birbiriyle tamamen aynıdır - Atomlar parçalanamaz THOMSON ATOM MODELİ: Atom modellerini üzümlü keke benzetmiştir. Thomson a göre atom, dışı tamamen pozitif yüklü bir küredir. Negatif yüklü olan elektronlar ise kek içerisindeki gömülü üzümler gibi bu küre içerisine gömülmüş haldedir. Thomson un atom teorisi olarak ortaya konulan temel özellikler şunlardır. - Atomlar yapısında - yüklü elektronlarla + yüklü protonlar vardır. (proton ve elektronlar yüklü parçacıklardır. Bunlar yük bakımından eşit işaretçe zıttırlar. Protonlar +1birim yüke, elektronlar ise -1 birim yüke sahiptir. ) - Bir atomda elektron sayısı proton sayısına eşittir. Yani yüksüzdürler. ( Nötr bir atomda proton sayısı elektron sayısına eşit olduğundan yükler toplamı sıfırdır ) - Atomun kütlesini protonlar oluşturur. (elektronların kütlesi ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Bu nedenle atomun ağırlığını büyük ölçüde protonlar teşkil eder ) - Atomlar içerisinde elektron ve protonlar bulunan sağlam bir küre şeklindedir. ( atom yarıçapı 10-8 cm olan küre şeklindedir. Küre içerisinde proton ve elektronlar rastgele yerlerde bulunur. Elektronun küre içindeki dağılımı üzümün kek içindeki dağılımına benzer ) RUTHERFORD ATOM MODELİ: Güneş sistemine benzeyen atom modelidir. Rutherford, atomun yapısını gezegenlerin güneşin etrafında çekim kuvvetinin etkisiyle dolandıkları gibi elektronların da pozitif yüklü bir çekirdeğin etrafında elektriksel çekim kuvvetinin etkisiyle bir alanda dolanmakta olduğu dinamik bir model olarak açıkladı. Rutherford, atomun kütlesini yaklaşık olarak çekirdeğin kütlesine eşit olduğunu ve elektronlarında çekirdek etrafındaki yörüngelerde döndüğünü ileri sürmüştür. Buna göre Rutherford atomu güneş sistemine benzetmiş oluyordu. Rutherford, atom modelini ortaya koyduğunda nötronların varlığı daha bilinmiyordu. Rutherford un atom teorisi olarak ortaya konulan temel özellikler şunlardır.
- atomların kütlesini meydana getiren tanecikler merkezinde çok küçük bir hacme toplanmıştır. - Merkezin çevresinde daha büyük bir hacimde elektronlar bulunur. BOHR ATOM MODELİ: - Atomlar merkezde atom çekirdeği, çevresinde aynı yörüngede birden çok elektron bulundurabilen küre şeklinde taneciklerdir. ( bir atomdaki elektronlar çekirdekten belli uzaklıkta ve kararlı hallerde hareket eder. ) ( Her kararlı halin sabit bir enerjisi vardır. ) - Güneş sistemine benzer bir yapıdadırlar. ( her hangi bir enerji seviyesinde elektronlar dairesel bir yörüngede hareket eder. Bu yörüngelere enerji düzeyleri veya katman denir. ) Bu günkü bilgilerimize göre Bohr kuramının elektronların dairesel yörüngelerde hareket ettikleri ifadesi yanlıştır. Bohr atom modeli, hidrojen atomunun davranışını çok iyi açıkladığından ve basit olduğundan önce büyük ilgi gördü ancak bu model çok elektronlu atomların davranışlarını açıklayamadığından yaklaşık 12 yıl kadar geçerli kaldı, daha sonra yerini modern atom teorisine bıraktı. ELEKTRON BULUTU MODELİ: - Gerçeğe en yakın atom modelidir. - Merkezde atom çekirdeği vardır. - Tek tek elektronlar ışık veren bir lambanın çevresinde dönen sinekler gibi bir bulut oluştururlar. - Elektron bulutu bir küre oluşturur.
ELEKTRON ALIŞVERİŞİ Elementlerin, 1.Katmanda en çok 2 elektron bulunması durumuna dublet kuralı, 2. ve 3. katmanlarda en çok 8 elektron bulunması durumuna oktet kuralı dendiğini öğrenmiştik. Helyum dublet, neon ve argon oktet kuralına uyar. Oktet veya dublet kuralına uyan atomlar kararlı yapıya sahiptir. Diğer elementler de kararlı yapıya sahip olmak isterler. Bu yüzden elektron alır veya verirler. Atomlar elektron alarak veya vererek kararlı yapıya ulaştıklarında artık, İYON olarak adlandırılırlar. Nötr bir atomun elektron almış veya vermiş haline iyon denir. Atom elektron alarak kararlı hale geçerse ELEKTRON SAYISI>PROTON SAYISI olur. Bu tür iyonlara NEGATİF(-) YÜKLÜ İYON (ANYON)denir. Atom elektron vererek kararlı hale geçerse ELEKTRON SAYISI<PROTON SAYISI olur. Bu tür iyonlara POZİTİF(+) YÜKLÜ İYON (KATYON) denir. Atomlar kaybettikleri elektron sayısı kadar +yüklü, kazandıkları elektron sayısı kadar yüklü olurlar. NOT: iyon yükü =proton sayısı- elektron sayısı Eğer iyon anyonsa sembolün sağ üst kısmına işareti konur ve aldığı elektron sayısı yazılır. Katyonsa + işareti konur ve sayısı yazılır. ÇOK ATOMLU İYONLAR
İyonlar, her zaman tek atomlu olmayabilir. Bazı iyonlar birden fazla atom içerebilir. Bu tür iyonlara ÇOK ATOMLU İYONLAR denir. Birden çok atomlu yapılar, pozitif ve ya negatif yüklere sahiplerse iyon olarak adlandırılırlar.
KİMYASAL BAĞLAR Aynı ya da farklı cins atomları bir arada tutan kuvvetlere KİMYASAL BAĞLAR denir. Helyum, neon, argon gibi soy gazlar başka atomlarla bileşik yapmadan tek atom hâlinde bulunur. Soy gazların dışındaki diğer element atomları son yörüngelerindeki elektron sayısını soy gazlara benzetip kararlı hâle geçmek isterler. Bunun için de elektron alış ya da verişi gerçekleşir. İYONİK BAĞ: (+) ve ( ) yüklü taneciklerin (iyonların) arasında elektriksel çekim kuvvetiyle oluşan bağa iyonik bağ denir. İyonik bağ yapan atomlardan elektron veren (+) yüklü, elektron alan ( ) yüklü iyon olur. Yemek tuzu, sodyum ve klor atomlarının iyonik bağ yapmasıyla oluşur. Atom numarası 11 olan sodyum (Na), atom numarası 17 olan klor a (Cl) 1 elektron verir. Her ikisi de kararlı hale gelir. Aralarında iyonik bağ oluşur. İyonik Bağlı Bileşiklerde Kristal Yapı İyonik bağlı bileşiklerde iyonlar birbirini en kuvvetli şekilde çekecek bir düzen içinde dizilirler. Böyle düzenli birleşen atomlardan kristal yapı adını verdiğimiz düzgün geometrik şekiller oluşur. Yemek tuzunun kristal yapısı buna örnektir. Yemek tuzundaki (NaCl) kristal yapı, şekildeki gibidir. İyonik bağ içeren yapılar moleküllerden oluşmaz, iyonlardan oluşur.her bir iyon tanesi, zıt yüklü iyonlar tarafından sarılır ve yığınlar oluşur. KOVALENT BAĞ: (-) ve ( ) yüklü taneciklerin (iyonların) arasında oluşan bağa kovalent bağ denir.
Atomlar arasında elektronların ortaklaşa kullanılmasıyla oluşan bağa kovalent bağ denir. Örneğin iki hidrojen atomu elektronlarını ortaklaşa kullanarak aralarında kovalent bağ oluşturur. Böylece her bir hidrojen atomu kararlı hale gelir. Kovalent bağlı bileşiklerin en küçük birimi moleküldür. Moleküller maddenin tüm özelliklerini gösterir ve bağımsız olarak hareket edebilir. Aynı cins atomlardan oluşan moleküller element molekülleridir. O 2, H 2, F 2, N 2 element molekülleridir. Bunlar bileşik değildir. Farklı cins atomların molekülleri bileşik moleküllerini oluşturur. H 2 O, CO 2, NH 3 bileşik molekülleridir. Oksijen (O2) molekülünün bağ yapısı Oksijenin son yörüngesinde 6 elektron vardır. Bir oksijen atomu son yörüngesindeki 2 elektronunu başka bir oksijen atomunun son yörüngesindeki 2 elektron ile ortaklaşa kullanır. Böylece her bir oksijen atomunun elektron dizilişi kararlı olur. Oksijen atomlarının kovalent bağ yapması sonucunda her birinin çevresinde 10 e dolanır. Su molekülünün bağ yapısı Bir su molekülü 2 H ve bir O atomunun kovalent bağ yapması sonucu oluşur. H atomlarından her biri kendi e- unu O atomunun bir elektronu ile ortaklaşa kullanır. Böylece hem H, hem de O atomları kararlı hale gelir. Bir su molekülü 2 hidrojen ve 1 oksijen atomundan oluştuğu için, su molekülü H 2 O şeklinde yazılır. Karbon dioksit molekülünün bağ yapısı Karbonun elektron dizilişi 6 C ) 2 ) 4 şeklindedir. Karbon kararlı hale gelmek için son yörüngesinde 8 e- olmalı yani 4 e- a ihtiyacı vardır. Bu yüzden karbon, oksijen atomlarıyla kovalent bağ yapar. Birbirlerinin elektronlarını ortak kullanarak kararlı olur. Dikkat edilirse CO 2 molekülünün kovalent bağlı yapısında her bir atomun çevresinde toplam 10 elektron vardır. Yani hepsi kararlıdır.
BİLEŞİKLER VE FORMÜLLERİ Çevremizde gördüğümüz bütün maddeler elementlerin çeşitli şekillerle bir araya gelmesiyle oluşmuştur. Birden fazla elementin belli oranlarda birleşerek oluşturdukları yeni ve saf maddelere bileşik denir. Bileşikler kendilerini oluşturan elementlerden tamamen farklı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahiptir. Tuz bir bileşiktir ve sodyumla klor elementlerinden oluşmuştur. Sodyumun tadına bakarsak ya da kloru içimize çekersek bizi öldürebilir. Ama ikisinin birleşmesinden oluşan yemek tuzunu her gün tüketiyoruz. Bileşikler moleküllerden oluşuyorsa bu bileşiklere molekül yapılı bileşik denir. Molekül yapılı bileşikler kovalent bağ ile oluşmuştur. Eğer bileşikler moleküler yapıda değilse atomlar arasında iyonik bağ vardır. Bu tür bileşikler iyonik bileşiklerdir. Bileşikler formüllerle gösterilir. Formülleri
yazmak için elementlerin sembollerinden faydalanırız. Bileşik kat element içeriyorsa formülde de o kadar element bulunur.
KARIŞIMLAR VE ÇÖZELTİLER İki ve ya da daha fazla maddenin kimyasal bağ oluşturmadan bir arada bulunmasıyla karışımlar oluşur. Karışımı oluşturan maddeler bir araya geldiklerinde özelliklerini kaybetmezler. Karışımları bileşiklerden ayıran en önemli özellik budur. Karışımlar, sadece elementten veya bileşikten oluşabileceği gibi hem element hem de bileşikten oluşabilir. Örnek; Tuzlu sudaki bileşikler Tuz ve Su dur. Lehimdeki elementler Kurşun ve Kalay dır. Havadaki elementler ise Azot ve Oksijen, bileşik ise karbondioksittir. Karışımlar aynı tür taneciklerden oluşmazlar. Bu nedenler saf madde değildirler. Karışımlar, element ve bileşiklerin kimyasal özelliklerini kaybetmeden bir araya gelmesiyle oluştuğundan yeni bir madde değildir. Karışımlar sembol ya da formülle gösterilemezler. Yukarıdaki resimlerde olduğu gibi bu karışımları günlük hayatımızda defalarca yapmışızdır. İki karışım arasında hiç fark yok mu sizce?
Zeytinyağı-su, tuz-su ya da sirke-su karışımları incelendiğinde zeytinyağı-su karışımının her tarafında aynı görüntüyü göremeyiz, ancak sirke-su ve tuz-su karışımını incelediğimizde her tarafında aynı görüntüyü görebiliriz. Bunun sebebi tuz moleküllerinin su molekülleri içinde eşit bir şekilde dağılırken, zeytinyağı moleküllerinin su molekülleri içinde eşit bir şekilde dağılmamasıdır. Bu özellikler göz önüne alınarak karışımlar iki ayrılır: 2- Heterojen karışım: Karışımı oluşturan maddeler karışımın her yerine eşit olarak dağılmamışsa bu tür karışımlara heterojen karışım denir. Heterojen karışımlarda karışımı oluşturan maddelerin tanecikleri birbiri içerisinde dağılmazlar. Bu nedenle karışımı oluşturan maddeler ayrı ayrı görülebilir. Zeytinyağı-su, tebeşir tozu-su, salata, kükürt-su, kum-su karışımları birer heterojen karışım örneğidir. 1-Homojen karışım (Çözelti): Karışımı oluşturan maddeler karışımın her yerine eşit olarak dağılmış ise bu tür karışımlara homojen karışım denir.
Homojen karışımlara dışarıdan bakıldığında tek bir maddeymiş gibi görünür. Tuz-su, şeker-su, sirke-su, alkol-su karışımları birer homojen karışım örneğidir. Not: Sulu çözeltilerde miktarı az olsa bile su bir çözücüdür. Çözeltiyi oluşturan maddeler fiziksel hallerine göre, -katı, katı -katı, sıvı -sıvı, sıvı -sıvı, gaz Katı-katı Çözeltiler: Lehim (kurşun+ kalay), Madeni para (nikel+ demir+ krom) Katı-Sıvı Çözeltiler: Şerbet (Su+ şeker+ renklendirici), Burun damlası (Su + tuz) Sıvı-Sıvı Çözeltiler: Kolonya (su + alkol + esans), sirke (su + asetik asit) Sıvı-Gaz Çözeltiler: Gazoz (Su + karbondioksit), Soda (Su + karbondioksit + mineraller) Gaz-Gaz Çözeltiler: Hava (Azot + Oksijen + karbondioksit) - gaz, gaz çözelti olarak sıralanabilir. İki madde karıştırılıp çözelti oluşturulurken, çözünen maddenin tanecikleri çözücü maddenin tanecikleri ile etkileşerek birbirinden ayrılır. Çözünme, çözünen ve çözücü maddelerin bir biri içerisinde iyonlarına veya moleküllerine ayrılmasıdır.
Kovalent bağlı bileşikler moleküler haldedirler. Molekül yapılı bileşikler çözelti oluşurken moleküler halde çözünürler. Su ve şeker moleküllerini ele alalım. Her ikisi de molekül yapılıdırlar. Şeker su içine atılıp belli bir süre beklenirse kaptaki şeker miktarının azaldığı görülür. Bu durumda şeker molekülleri su içinde çözünmektedirler. Şeker molekül yapılı olduğundan su içerisinde moleküler halde çözünür. Bütün şeker su içerisinde taneciklerine ayrılarak suyun içerisinde her yere eşit olarak dağılmış olur. İyonik yapılı olan tuzun suda çözünmesi ise şekerin suda çözünmesinden farklıdır. Tuz, Na ve Cl den oluşan iyonik yapılı ve yığın halinde bulunan bir bileşiktir. Su ise H ve O dan oluşmuş moleküler yapılı bir bileşiktir. Tuz su içene atıldığında tuz su içerisinde iyonlarına (Na+ Cl-) ayrışarak çözünür. Tuzun etrafını saran su molekülleri tuzun tamamını çözdüğünde sodyum ve klor iyonları çözeltideki suyun her yerine eşit olarak dağılır.