BÖLÜM 1 TEMEL KAVRAMLAR Kapsam Kimyanın Dalları Bilimsel Yöntem Bilimsel Notasyon Kimyada Kullanılan SI Birimleri 24.02.2007 2 1
Kimyanın dalları KİMYA Anorganik Kimya Organik Kimya Fizikokimya Biyokimya Nükleer Kimya Analitik Kimya Kuantum Kimyası Elektro-Kimya Polimer Kimyası Kalitatif Kimya Kantitatif Kimya Kataliz & Adsorpsiyon Termodinamik Kolloidler 24.02.2007 3 Kimyanın dalları Analitik kimya Malzemelerin nitel ve nicel özelliklerini inceler. Anorganik kimya Karbon elementi dışındaki tüm elementler ve onların bileşiklerini araştırır. 24.02.2007 4 2
Kimyanın dalları Organik kimya C ( Karbon) elementinin H, O, N, S, P, vs... Elementlerle bileşiklerini inceler. ör. Polimerler, boyalar, ilaçlar... 24.02.2007 5 Kimyanın dalları Fiziksel kimya Kuantum kimyası: Atomların iç yapısını inceler. Elektrokimya: Elektrikle kimyasal tepkimelerin etkileşmini inceler. Kataliz ve adsorpsiyon Adsorpsiyon: bir katının yüzeyinde tutunma (gaz,sıvı,katı) Kataliz: tepkime hızının değiştirilmesi Uçaklarda kullanılan tuvalet temizleyici deodorantların kullanılabilirliğini test etmek üzere yapılan elektrokimya deneyi. Automobil katalizörü Margarin 24.02.2007 6 3
Kimyanın dalları Termodinamik: Isı ile hareket ilişkisini inceler. Kolloidler: Saç jölesi, traş köpüğü, krem, şampuan gibi heterojen karışımları araştırır ve üretir. 24.02.2007 7 Kimyanın dalları Biyokimya Biyolojik sistemlerin kimyasal özelliklerini inceler. Yapay olarak biyokimyasallar üretir: vitaminler, hormonlar, antibiyotikler... 24.02.2007 8 4
Kimyanın dalları Nukleer Kimya Atomların çekirdek yapılarını inceler. Bulgularını nükleer tıp, nükleer santraller gibi farklı alanlara uygular. 24.02.2007 9 Dünyanın ve İnsanlığın en önemli 3 problemi?... 24.02.2007 10 5
Dünyanın ve İnsanlığın en önemli 3 problemi?... Çevre Kirliliği Doğal Kaynakların Tükenmesi Nüfus Artışı Kimya bilimin bu problemlerin çözümünde önemli rolleri vardır. Kimya Maddelerin özelliklerini ve birbirine dönüşümünü inceler. 24.02.2007 11 Bilimsel yöntem Problemi bul Araştır Gözlem yap Belki başka bir problem ortaya çıkar Hipotez Kur Belki cevap bulursun Deneyler yap Sonuca Ulaş Verileri 24.02.2007 Topla 12 6
Bilimsel yöntem Problem Soru şeklinde olabilir. ör. Gazların özellikleri nedir? ör. Işık bitkilerin büyümesinde ne tür bir rol oynar? Gözlem Doğal & ölçülebilen olaylar ör. Lavoisier Kimyasal değişimde kütle sabit kalır. Hipotez Bir problemin incelenmesinde düşündüğünü söylemektir. Gözlemlerin açıklanmasıdır. Doğru bir hipotezin doğru olması gerekmez ama denenebilir olmalıdır. 24.02.2007 13 Bilimsel yöntem Deneyler Hipotezin denendiği basamaklardır (reçete) En az iki değişkenden oluşur bunlar Kontrol Grup (ları) Deney Grupları Tekrarlanabilir olmalıdır Teoriler deneylere dayanır Yeni gözlem ve deneylerle değişebilir 24.02.2007 14 7
Problem: Ge ilavesi Silikon çiplerin elektriksel iletkenliğini nasıl etkiler? Hipotez: Pozitif eğer cümlesi Eğer Si çipe Ge eklenirse, silikon çipin elektriksel iletkenliği artacaktır. Negatif eğer cümlesi Eğer Si çipe Ge eklenirse, silikon çipin elektriksel iletkenliği artmayacaktır. 24.02.2007 15 24.02.2007 16 8
Problem: Ge ilavesi Silikon çiplerin elektriksel iletkenliğini nasıl etkiler? Deneyler : Kontrol Grup T (K) Bağıl nem (%) P (atm) Si (%) Ge (%) I = f (Ge) 298 40 1 100 0 Deneysel gruplar Si (%) Ge (%) I (ma) 99.6 0.4 1 99.2 0.8 2 98.4 1.6 1.5 96.8 3.2 1.4 Sonuç (teori): Si çipe 0.8 gram Ge ilavesi elektriksel iletkenliği artırmaktadır. 1 2 3 4 5 93.6 6.4 1.2 24.02.2007 17 İşçiler temiz bir odada üretilen komputer çipleri kontrol ediyorlar. 24.02.2007 18 9
Bilimsel yöntem Yasa Doğadaki genelleşmiş bir kuraldır. ör. Kütlenin Korunumu Kimyasal bir dönüşün (tepkime) sırasında toplam kütle sabit kalır. (Lavoisier,1770) Kimyasal bir tepkimede atomlar parçalanmaz, yerleri değişir. eg. Kütlenin ve Enerjinin Korunumu Yasası Bir fiziksel değişiklik ya da kimyasal bir tepkimede enerji yok edilemez ve yoktan oluşturulamaz. Yalnızca bir biçimden öbürüne dönüşür. (Albert Einstein,1905, E = mc 2 ) 24.02.2007 19 Bilimsel yöntem Çizelge 1.Kapalı bir kaptaki Azot gazının sıcaklığa bağlı hacim değişimi Deneme Sıcaklık,T(K) Hacim,V(cm 3 ) 24.02.2007 20 10
Bilimsel yöntem Hacim Sıcaklık Şekil 2. Kapalı bir kapta bulunan Azot gazının sıcaklık-hacim grafiği 24.02.2007 21 Bilimsel yöntem Ev ısıtma oranları - 1950 ABD'de enerji tüketimi - 1996 40,0% % 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% Coal Natural Gas Propane Fuel Oil Kerosene Electricity Wood No Heat Source Other 24% 8% 8% 22% 38% Coal Petroleum Natural Gas Renewable Energy Nuclear Source Mişigan Gölünde su seviyeleri 1830-2000 arası Şikago'da nüfus Level (meters) 177,2000 177,0000 176,8000 176,6000 176,4000 176,2000 176,0000 175,8000 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 Population 4000000 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0 1830 1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 Year Years 24.02.2007 22 11
Deney hataları Sistematik hatalar Ölçüm cihazının ölçüm sınırlarına/ varsa kusuruna bağlı, ya da ölçüm alırken yapılan sürekli hatalar. Gelişigüzel (Deneysel) hatalar Ölçüm yapan kişinin dikkat ve becerilerinden kaynaklanır. 24.02.2007 23 Deney hataları Kesinlik (Precision) Aynı deneyde yapılan ölçümlerin birbirine yakınlığıdır. Doğruluk (Accuracy) Tek bir ölçümün gerçek değere yakınlığıdır. 24.02.2007 24 12
Deney hataları Mass (g) of water Mass (g) of water 28 27 26 23 22 High Precision(kesinlik), High Accuracy(doğruluk) 25 24 0 1 2 3 4 5 28 27 26 23 22 Trial number Low Precision, High Accuracy 25 24 0 1 2 3 4 5 Trial number Mass (g) of water Mass (g) of water High Precision, Low Accuracy 28 27 26 25 24 0 1 2 3 4 5 23 22 Trial number Low Precision, Low Accuracy 28 27 26 25 24 0 1 2 3 4 5 23 22 Trial number 24.02.2007 25 Kesinlik & Doğruluk 24.02.2007 26 13
Verilerin ölçülmesi 1960 da toplanan, the General Conference of Weights and Measures SI birimlerini (The International System of Units) kabul etmiştir. Büyüklük Uzunluk Kütle Zaman Sıcaklık Madde Miktarı SI Birim meter Kilogram Saniye Kelvin mol Sembolü m kg s K mol Elektrik Akımı Amper A Aydınlanma Kandela cd 24.02.2007 27 Temel birimler Uzunluk (m) 10-10 m = 1 Angstrom ( A) 1 karbon-karbon bağı arası uzaklığı 1.54 Adur. Kütle (kg) Zaman (s) Sıcaklık (K) Celsius ( o C) Kelvin (K) Mutlak Sıfır -273.15 0 Donma Noktası, H 2 O 0 273.15 Kaynama Noktası, H 2 O 100 373.15 Madde Miktarı (mol) 24.02.2007 28 14
Temel birimler:sıcaklık T(K)= t( 0 C) +273.15 Hacim Şekil3. Celsius sıcaklık skalası ile Kelvin skalası arasındaki ilişki Sıcaklık 24.02.2007 29 Farklı maddelerin bir molleri 24.02.2007 30 15
Türetilmiş birimler MADDE TANIM SI BİRİMİ Alan Uzunluğu karesi m 2 Hacim Uzunluğun kübü m 3 Yoğunluk Hız Kuvvet Basınç Enerji Birim hacmin kütlesi Birim zamanda kat edilen yol Cismin kütlesi çarpı ivmesi Birim alana etki eden kuvvet Kuvvet çarpı gidilen yol kg/m 3 m/s kg.m/s 2 =Newton (N) kg.m/s 2.m 2 = Pascal (Pa) kg.m/s 2.m = Joule (J) 24.02.2007 31 Hacim 24.02.2007 32 16
SI önekleri Çok büyük ve çok küçük büyüklükler 1O n ( 10 un katları) ile ifade edilirler. 10 un Katları 10 18 10 Ön Ek Exa Deca Sembolü E da Katları 10-1 10-18 Ön Ek Deci 10 15 Peta P 10-2 Centi C 10 12 Tera T 10-3 Milli m 10 9 Giga G 10-6 Micro μ 10 6 Mega M 10-9 Nano n 10 3 Kilo k 10-12 Pico p 10 2 Hecto h 10-15 Femto f Atto Sembolü d a 24.02.2007 33 SI önekleri 24.02.2007 34 17