Atomlar, Moleküller ve İyonlar

Chemistry, The Central Science, 10th edition Theodore L. Brown; H. Eugene LeMay, Jr.; and Bruce E. Bursten Atomlar, Moleküller ve İyonlar

Atomik Madde Teorisi Maddenin temel yapı blokları olan atom teorisi, 19. yüzyılın başlarında John Dalton önderliğinde yeniden ortaya çıkmıştır.

Dalton un Varsayımları Her bir element atom olarak adlandırılmış oldukça küçük taneciklerden oluşmuştur.

Dalton un Varsayımları Bir elementin tüm atomları kütle ve diğer özelliklere göre birbirinin aynıdır, ancak bir elementin atomları farklı bir elementin atomlarından farklıdır.

Dalton un Varsayımları Bir elementin atomları, kimyasal reaksiyonlar vasıtasıyla farklı bir elementin atomlarına dönüşmez; atomlar kimyasal reaksiyonlarla ne yok edilebilir ne de oluşturulabilirler.

Dalton un Varsayımları Bileşikler birden fazla elementin atomlarının birleşmesiyle oluşur; belli bir bileşik her zaman aynı bağıl sayı ve türde atoma sahiptir.

Sabit Oranlar Yasası Joseph Proust (1754 1826) Bir saf maddenin elementel kompozisyonu hiçbir zaman değişmez.

Kütlenin Korunumu Kanunu Bir kimyasal proses sonucu var olan toplam saf maddenin kütlesi, proses meydana gelmeden önceki saf maddenin kütlesiyle aynıdır.

Elektron Katot tüpünden çıkan negatif yüklü tanecik akımıdır. J. J. Thompson bu buluşuyla itibar kazanmıştır. (1897).

The Electron Thompson elektronun yük/kütle oranının 1.76 10 8 coulombs/g olduğunu ölçümlemiştir.

Millikan Yağ Damlacık Deneyi Bir kez elektronun yük/kütle oranı bilindiğinde, elektronun yük veya kütlesinden birinin belirlenmesi diğerinin bulunmasına olanak sağlar.

Millikan Yağ Damlacık Deneyi Robert Millikan (University of Chicago) 1909 yılında elektronun sahip olduğu yükü belirlemiştir.

Radiyoaktivite: Bir atom tarafından gelişigüzel yayılan radyasyondur. İlk kez Henri Becquerel tarafından gözlenmiştir. Ayrıca Marie ve Pierre Curie tarafından da çalışılmıştır.

Radyoaktivite Ernest Rutherford tarafından 3 çeşit radyasyon tipi olduğu bulunmuştur: parçacığı parçacığı ışıması

Atom,1900lü yıllarda: üzümlü kek modeli, Thompson tarafından öne sürülmüştür. Pozitif yüklü küre şeklindeki madde ve içine gömülmüş negatif yüklü elektronlar.

Çekirdeğin Keşfi Ernest Rutherford parçacıklarını ince folyo altın plaka üzerine göndererek örnekteki partiküllerin saçılmasını gözlemledi.

Çekirdek Bazı parçacıklar büyük açılarla saçıldığı için, Thompson ın modeli doğru olamaz.

Çekirdek Rutherford; çok küçük ve yoğun çekirdek ile bunun etrafında atomun dışında bulunan elektronların olduğunu varsaymıştır. Atom hacmini büyük çoğunluğu boşluktan oluşmaktadır.

Diğer Atom altı Parçacıklar Protonlar Rutherford tarafından 1919 yılında bulunmuştur. Nötronlar James Chadwick tarafından 1932 yılında bulunmuştur.

Atomaltı Parçacıklar Sadece protonlar ve elektronlar yüke sahip parçacıklardır. Proton ve nötronlar aslında aynı kütleye sahiptirler. Elektronun kütlesi ise çok küçük olduğu için ihmal edilir.

İzotoplar, Atom Numaralar, ve Kütle Numaraları Atom numarası (Z) = çekirdekteki proton sayısıdır. Kütle numarası (A) = çekirdekteki toplam nükleon sayısıdır. (i.e., protonlar ve nötronlar). X elementi için toplam olarak, ZA X şeklinde yazılır. İzotoplar aynı Z ye ancak farklı A ya sahiptirler. Z yi periyodik tablodan belirleriz.

Elementlerin Sembolleri Element bir veya iki harfle sembolize edilirler.

Atom Numarası Bir elementin tüm atomları aynı sayıda proton sayısına sahiptirler: Atom numarası (Z)

Atomik Kütle Atomik kütle biriminde atom kütlesi (amu) atomun proton ve nötronlarının toplam sayısını verir.

İzotoplar : Aynı elementin farklı kütledeki atomlarıdır. İzotoplar farklı nötron sayılarına sahiptir. 11 6 C 12 6 C 13 6 C 14 6 C

Hidrojenin İzotopları

Atomik Kütle Atomik ve moleküler kütle; kütle spektrometrisiyle büyük doğrulukta ölçülebilir.

Kütle Spektrometresindeki operasyon adımları: 1. Buharlaştırma örnek gaza dönüştürülür. 2. İyonizasyon elektron saçılması örneğin elektronlarında kayba neden olur. (bazı bağlar kırılabilir). 3. İvmelendirme elektrik alan pozitif iyonların ivmelenmesine yol açar. 4. Sapma manyetik alan hareketli katyonların sapmasına yol açar. (hafifler daha çok sapma görterir) 5. Tayin dedektör her bir örneğin (izotop) miktarını belirler.

Atomik Kütle Skalası 1 H ağırlığı 1.6735 x 10-24 g ve 16 O ağırlığı 2.6560 x 10-23 g dır. 12 C kütlesi = 12 amu olarak tanımlanır. Atomik kütle birimi kullanılarak: 1 amu = 1.66054 x 10-24 g 1 g = 6.02214 x 10 23 amu olduğu söylenebilir.

Ortalama Kütle Gerçek dünyada büyük miktarda atom ve molekülü kullandığımız için hesaplamalarda ortalama kütleler kullanılır. Ortalama kütle bir elementin izotoplarının bağıl çoklukları ölçülerek hesaplanır.

Ortalama Atomik Kütleler Bağıl atomik kütle: izotopların ortalama kütleleridir. Doğal C: 98.892 % 12 C + 1.108 % 13 C. C un ortalama kütleleri: (0.98892)(12 amu) + (0.0108)(13.00335) = 12.011 amu. Ortalama atomik kütle atomik ağırlık olarak da bilinir(aw). Atomik ağırlıklar periyodik tabloda listelenmiştir.

Periodik Tablo: Elementlerin sistematik kataloğu. Elementler atom numaraları sırasına göre düzenlenmiştir.

Periodisite Elementlerin kimyasal özelliklerine bakıldığında, reaktivitelerde tekrarlayan özelliklerin görülür.

Periodik Tablo Periodik tablodaki satırlar period olarak isimlendirilir. Kolonlar ise grup olarak isimlendirilir. Aynı gruptaki elementler benzer kimyasal özelliklere sahiptirler.

Gruplar Gruplardan 5i kendi isimleriyle bilinirler.

Periodik Tablo metal olmayanlar periyodik tablonun sağ kısmında bulunurlar (proton bunlara dahil değildir).

Periodik Tablo Basamakları metaloidler sınırlandırır (Al ve Po bunlara dahil değildir).

Periodik Tablo Metaller tablonun sol tarafındadır.

Kimyasal Formüller Bir element sembolünün sağ altında bulunan sayı; bileşiğin bir molekülündeki element atomlarının sayısını bize söyler.

Moleküller ve Moleküler Bileşikler Molekül, iki yada daha fazla atomun birbirlerine sıkıca bağlanmasıyla oluşur. Ortaya çıkan bu atom paketi kendisini oluşturan atomların (elementlerin) özelliklerinden farklı olarak davranışlar sergiler.

Diatomik Moleküller Doğada birçok element, diatomik formda bulunur. Örneğin, soluduğumuz hava içerisinde yer alan oksijen O 2 formundadır. Oksijen atmosferde ayrıca O 3 (Ozon) formunda da yer alır. Bu 7 element iki atom içeren moleküller şeklinde doğal olarak oluşur. Kimyada, oksijen, azot yada halojenleri söylerken, akla gelen yapılar O2, N2 ve F2, Cl 2, Br 2 ve I 2 gelmelidir.

Moleküler Bileşikler Sadece bir atom tipinden oluşmayan, farklı atom tiplerinde oluşan bileşiklere Moleküler ler bileşikler ikler denir. Bu yapıların formüllerinde yer alan alt indisler çok büyük önem taşır. Örneğin, su ve hidrojen peroksit arasında sadece bir oksijen atomu eksikliği olmasına karşın, su ve hidrojen peroksitin kimyasal reaktiviteleri çok ciddi farklılıklar içerir.

Moleküler ve Empirik Formüller Empirik formüller bileşikteki element atomlarının oranının en küçük tam sayısını verirler. Moleküler formüller her bir bileşikteki element atomlarının kesin sayısını verirler. Moleküler formülü bildiğimiz zaman empirik formülü kolayca tahmin edebiliriz. Ancak tersi doğru değildir. Örnekler: Hidrojen peroksit için i in empirik ve moleküler ler formülü yazarsak; Empirik Formül: HO Moleküler Formül: H 2 O 2 Etilen için i in empirik ve moleküler ler formülü yazarsak; Empirik Formül: CH 2 Moleküler Formül: C 2 H 4 Su için i in empirik ve moleküler ler formülü yazarsak; Empirik Formül:H 2 O Moleküler Formül: H 2 O (dikkat ediniz, aynı!) Soru: Glukoz (C 6 H 12 O 6 ) ve sinir gazına (N 2 O) ilişkin empirik formülleri yazınız.

Moleküllerin Çizimi Yapısal formüller atomların bağlanma düzenini gösterirler. Perspektif çizimler ise bir bileşikteki atomların 3boyutlu düzenlenmesini gösterir.

İyonlar Atom çekirdekleri, kimyasal reaksiyonlardan etkilenmezler, Atomun kimyasal reaksiyonlardan etkilenen yapıları elektronlardır. Atomlar elektron kazandıklarında ya da kaybettiklerinde, iyon lara dönüşürler. Pozitif yüklü iyon KATYON, negatif yüklü iyon ise ANYON olarak isimlendirilir. Katyonlar pozitiftirler ve periyodik tablonun sol tarafındaki elementler tarafından oluşturulurlar. Anyonlar negatiftirler ve periyodik tablonun sağ tarafındaki elementler tarafından oluşturulurlar.

İyonik Bağlar iyonik bağlar (NaCl gibi) genellikle metaller ve ametaller arasında oluşur. Genel olarak metal iyonları elektron kaybedip katyonlara dönüşme, ametaller ise elektron kazanıp anyonlara dönüşme eğilimindedirler.

Soru a) 22 proton, 26 nötron ve 19 elektrondan oluşan iyonun, b) 16 nötron ve 18 elektrona sahip olan kükürt iyonunun kimyasal sembollerini yazınız.

Cevap a) Proton sayısı bir elementin atom numarasını verir. Dolayısıyla periyodik cetvelde 22 atom numarasına sahip olan element Titanyumdur (Ti). Bu elementin kütle numarası 22+26=48 (elementin Ti olduğunun sağlaması). Bu elementin nötr halde atom numarası aynı zamanda elektron sayısına da eşittir. Ancak soruda elektron sayısı 19 olarak verildiği için bu element 3 tane elektron kaybettiği için yapı 48 Ti +3 şeklinde gösterilmelidir. 48 Ti

Cevap b)periyodik cetvele bakıldığı zaman kükürtün atom numarasının 16 olduğu görülür. Bize soruda, 16 nötrona sahip olduğu da verilmiştir. Dolayısıyla kükürtün kütle numarası 16+16= 32 olduğu kolaylıkla hesaplanır. Elektron sayısı ise nötr halden 2 fazla olduğu için kükürt atomu yapıya iki elektron kabul etmistir. Dolayisiyla yapı: 32 S - 2 şeklinde ifade edilir.

Soru Aşağıdaki bileşiklerden hangileri iyonik, hangileri moleküler yapıdadır? N 2 O Na 2 O CaCl 2 SF 4 Cevap: Na 2 O ve CaCl 2 iyonik diğerleri moleküler yapıdadır. İpucu: iyonik yapı için bileşikte metal-ametal, moleküler yapıda ise ametal-ametal elementlerin bulunması gerekli.

Formüllerin Yazımı Bileşikler elektriksel olarak nötral olduklarından, bileşiğin formülü şu yolla tayin edilebilir: Katyonun sahip olduğu yük anyonun altsimgesi halinde yazılır. Anyonun sahip olduğu yük katyonun altsimgesi halinde yazılır.

Örnekler Aşağıdaki oluşacak bileşiklerin empirik formüllerini yazınız: a) Al +3 ile Cl - b) Al +3 ile O - 2 c) Mg +2 ile NO - 3 Cevaplar a) AlCl 3 b) Al 2 O 3 c) Mg(NO 3 ) 2

İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 1.Pozitif İyonlar (Katyonlar) a)element isimleri ile bilinen katyonlar Na + sodyum iyonu Zn 2+ çinko iyonu Al 3+ alüminyum iyonu

İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 1.Pozitif İyonlar (Katyonlar) b) Eğer bir metal farklı katyonlar oluşturuyorsa, pozitif yük romen rakamlarıyla parantez içerisinde yazılır: Fe 2+ demir(ii) iyonu (Ferröz) Fe 3+ demir (III) iyonu (Ferrik) Cu + bakır(i) iyonu (Cupröz) Cu 2+ bakır (II) iyonu (Kuprik)

İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 1.Pozitif İyonlar (Katyonlar) c)ametal atomlardan oluşan katyonların isimleri yum la biter: NH 4+ amonyum H 3 O + hidronyum Yaygın olarak bulunan katyonlar tablo da gösterilmiştir.

Yaygın Olarak Bulunan Katyonlar

İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 2.Negatif İyonlar (Anyonlar) a)monoatomik anyonların isimleri, elementin isminin sonuna it eki eklenerek yapılır: H - hidrit O 2- oksit N 3- nitrit Poliatomikler ise benzer şekilde isimlendirilir: OH - hidroksit CN - siyanit O 2 2- peroksit

İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 2.Negatif İyonlar (Anyonlar) b)oksijeni içeren poliatomik anyonların isimleri at veya it eki ile biter, ancak isimlendirmede bazı hususlar vardır: Bir elementin en yaygın oksianyonu at ile biter, öte yandan aynı yüke sahip bir oksijen daha az molekülde ise it eki kullanılır: NO 3- nitrat NO 2- nitrit SO 4-2 sülfat SO 3-2 sülfit

İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 2.Negatif İyonlar (Anyonlar) b)oksijeni içeren poliatomik anyonların isimleri at veya it eki ile biter, ancak isimlendirmede bazı hususlar vardır: Ön ekler: per (bir fazla oksijen) ve hipo (bir eksik oksijen) ClO4- perklorat iyon (aşağıdakinden bir fazla oksijen) ClO3- klorat iyonu ClO2- klorit iyonu (yukarıdakinden bir eksik O) ClO- hipoklorit it iyonu (yukarıdakinden bir eksik O)

İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 2.Negatif İyonlar (Anyonlar) c)oksianyonlara H + eklenmesiyle, yeni oluşan oksianyonun ismine hidrojen veya dihidrojen önekleri getirilir: CO 3 2- Karbonat HCO 3- hidrojenkarbonat PO 4-3 fosfat H 2 PO 4- dihidrojenfosfat Eklenen her bir H + nın oksianyonun yükünü bir arttırdığına dikkat ediniz. Ancak geleneksel (eski isimlendirme) olarak aşağıdaki iyonların isimleri yaygın olarak aşağıdaki gibi bilinir: HCO 3- bikarbonat HSO 4- bisülfat

Yaygın Olarak Bulunan Anyonlar

İyonik Bileşiklerin İsimleri ve Formülleri 3.İyonik Bileşikler İyonik bileşikler isimlendirilirken önce katyon ismi daha sonra anyon ismi söylenir: Örnekler: CaCl 2 kalsiyumklorür Al(NO 3 ) 3 alüminyum nitrat Cu(ClO 4 ) 2 bakır(ii)perklorat (veya cuprik perklorat)

Soru Aşağıdaki bileşikleri isimlendiriniz: NH 4 Br, Cr 2 O 3, Co(NO 3 ) 2, Amonyumbromür, Krom(III) oksit Kobalt(II) nitrat

Soru Aşağıdaki kimyasal formülleri yazınız: a)magnezyum sülfat b) Gümüşsülfit c) kurşun(ii) nitrat Cevap: a)mgso 4 b) Ag 2 S c) Pb(NO 3 ) 2

Asit Adlandırılması Eğer asitteki anyon id ile bitiyorsa, son ek ik asit ile değiştirilir ve hidro- ön ekini alır: HCl: hidroklorik asit HBr: hidrobromik asit HI: hidroiyodik asit

Asit Adlandırılması Eğer asitteki anyon it ile bitiyorsa, son ek öz asit ile değiştirilir : HClO: hipokloröz asit HClO 2 : kloröz asit

Asit Adlandırması Eğer asitteki anyon at ile bitiyorsa, son ek ik asit ile değiştirilir : HClO 3 : klorik asit HClO 4 : perklorik asit

İkili Bileşiklerin Adlandırılması CO 2 : karbon dioksit CCl 4 : karbon tetraklorit

İkili Bileşiklerin Adlandırılması N 2 O 5 : dinitrojen pentoksit