ÖABT 2015 Soruları yakalayan komisyon tarafından hazırlanmıştır. ÖĞRETMENLİK ALAN BİLGİSİ TESTİ ÖABT KİMYA ALAN BİLGİSİ - ALAN EĞİTİMİ Konu Anlatımı Özgün Sorular Ayrıntılı Çözümler Test Stratejileri Çıkmış Sorular
KOMİSYON ÖABT Kimya Öğretmenliği Konu Anlatımlı ISBN 978-605-364-974-8 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: Ocak 2015, Ankara Proje-Yayın Yönetmeni: Ayşegül Eroğlu Dizgi-Grafik Tasarım: Hilal Sultan Coşkun Kapak Tasarımı: Gürsel Avcı Baskı: Sonçağ Yayıncılık Matbaacılık Reklam San Tic. Ltd.Şti. İstanbul Cad. İstanbul Çarşısı 48/48 İskitler - Ankara 0312 341 36 67 0535 292 34 31 Yayıncı Sertifika No: 14749 Matbaa Sertifika No: 25931 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 E-ileti: pegem@pegem.net İnternet: www.pegem.net
ÖN SÖZ Sevgili Öğretmen Adayları, Elinizdeki bu kitap, Kamu Personeli Seçme Sınavı (KPSS) Kimya Öğretmenliği Alan Bilgisi Testi (ÖABT-Kimya) kapsamındaki soruları çözmek için gerekli bilgi, beceri ve teknikleri edinme ve geliştirme sürecinde siz değerli öğretmen adaylarımıza kılavuz olarak hazırlanmıştır. Kitabın hazırlanış sürecinde, sınav kapsamındaki temel alanlarda kapsamlı alanyazın taraması yapılmış, bu kitabın gerek ÖABT de gerekse gelecekteki meslek hayatınızda ihtiyacınızı maksimum derecede karşılayacak bir başucu kitabı niteliğinde olması hedeflenmiştir. Detaylı, güncel ve anlaşılır bir dilde yazılan konu anlatımları, çıkmış sorular ve detaylı açıklamalarıyla desteklenmiş, her ünite içeriği ÖSYM formatına uygun, çözümlü test sorularıyla pekiştirilmiştir. Ayrıca konu anlatımlarında verilen bilgi ve çözüm tekniklerine ek olarak uyarı kutucuklarıyla önemli konulara dikkat çekilmiştir. Yoğun bir araştırma ve çalışma sürecinde hazırlanmış olan bu kitapla ilgili görüş ve önerilerinizi pegem@pegem.net adresini kullanarak bizimle paylaşabilirsiniz. Geleceğimizi güvenle emanet ettiğimiz siz değerli öğretmenlerimizin hizmet öncesi ve hizmet içi eğitimlerine katkıda bulunabilmek ümidiyle... Başarılar...
KİMYA ÖABT İLE İLGİLİ ÖNEMLİ BİLGİLER KİMYA ÖABT, 50 sorudan oluşmakta ve Kimya Öğretmeni Adaylarının Alan Bilgisi (Analitik Kimya, Anorganik Kimya, Organik Kimya, Fizikokimya) ile Alan Eğitimi alanlarındaki bilgi ve becerilerini ölçmeyi hedeflemektedir. Öğretmenlik Alan Bilgisi Testinde çıkan sorular, Kimya Öğretmenlik 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. Analitik Kimya b. Anorganik Kimya c. Organik Kimya d. Fizikokimya % 20 % 20 % 20 % 20 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 KİMYA 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 19. BÖLÜM: TERMODİNAMİK TERMODİNAMİĞİN 1. KANUNU...547 Sabit Hacim Prosesi...547 Sabit Basınç Prosesi...547 Isı Kapasitesi...547 Adyabatik Proses...547 İzotermal Proses...548 TERMODİNAMİĞİN 2. KANUNU...551 İstemli Olay...551 Carnot Çevrimi...552 TERMODİNAMİĞİN 3. KANUNU...557 ÇÖZÜMLÜ TEST...558 ÇÖZÜMLER...560 20. BÖLÜM: İNORGANİK KİMYA Koordinasyon Bileşiklerinde Kimyasal Bağ...565 Kristal Alan Teorisi...565 D-Orbitallerinin Şekli...565 Sekizyüzlü Komplekslerde Kristal Alan Yarılması...566 Metalin D-Orbitalleri Üzerine Ligant Alan Etkisi...566
xvii Sekizyüzlü Komplekslerde Kristal Alan Yarılması...566 Dörtyüzlü kristal alan yarılması...570 Kristal Alan Yarılma Enerjisini Etkileyen Faktörler...571 Jahn-Teller Teoremi...571 Kristal Alan Kuramının Yetersizlikleri...572 Koordinasyon Bileşikleri...572 Atomun Özellikleri...575 Koruma...576 Atomun Büyüklüğü...577 İyonlaşma enerjisi...577 Sertlik ve yumuşaklık...577 Polarizasyon gücü ve polarlanabilirlik: Fajans kuralları...577 ÇÖZÜMLÜ TEST...580 ÇÖZÜMLER...582 21. BÖLÜM: ORGANİK KİMYA EK KONULAR Halkalı Bileşiklerin Konformasyonları...587 Sikloheksanın Konformerleri...587 Aksiyal ve ekvatoryal hidrojen atomları...588 Aksiyal ve ekvatoryal hidrojen atomların yazılması...589 Metilsikloheksan konformasyonu...589 Ekvatoryal metilsikloheksanda anti yapılar...590 Cis-Trans izomerisi ve konformasyon yapılar...591 Dimetilsikloheksanın konformasyonları...592 HBr ün Anti-Markovnikov Katılması...593 Civa (II) Asetat Yardımıyla Su Katılması...593 Alkenlere Boran Katılması...594 Alkenlerden Alkol Sentezinin Özeti...595 Alkenlere Brom ve Klor Katılması...595 Alkenlere Halojen Katılmasının Stereokimyası...595 Halohidrin Oluşumu...596 Alkenlerin Yükseltgenmesi...598 Organohalojenür Bileşikler...602 Alkil halojenürlerin adlandırma ve sınıflandırılmaları...602 Yerdeğiştirme ve Ayrılma Tepkimelerine Giriş...602 A. Yerdeğiştirme Tepkimeleri...602 B. Ayrılma Tepkimeleri...603 C. Yarışan Tepkimeler...603 D. Bazlığa Karşı Nükleofillik...603
xviii SN2 Tepkimesi...604 Tepkime mekanizması...604 SN2 Tepkimesinin Stereokimyası...604 Endotermik tepkime...605 SN2 tepkimesinin hızı...605 Aktivasyon enerjisinin hız ve ürünlere etkisi...605 Yapının hıza etkisi...606 SN2 Tepkimelerinde Sterik Engel...606 SN1 Tepkimesi...607 SN1 Tepkimesinin Mekanizması...607 SN1 Tepkimesinin Stereokimyası...608 SN1 Tepkime Hızı...610 SN1 Tepkimelerinde Göreceli Etkinlikler...610 Karbokatyonların Çevrilmeleri... 611 SN1 ve SN2 mekanizmalarının özeti... 611 Allil ve Benzil Halojenürlerin Yerdeğiştirme Tepkimeleri... 611 Allil ve Benzil Halojenürlerin SN2 Tepkimeleri...612 Alkil Halojenürlerin Ayrılma Tepkimeleri...613 Dehidrojenlemede kullanılan bazlar...613 Dehidrohalojenleme tepkime mekanizması...613 E2 Tepkimesi...613 E1 Tepkimesi...613 Ayrılmaya karşı yer değiştirme...616 Aminler...618 Kimyasal özellikler...618 Aminlerin tepkimeleri...618 Aminlerin elde ediliş yöntemleri...619 Aromatik nitro bileşiklerinin indirgenmesi... 620 Aminlerin Bazlığı: Amin Tuzları...620 Arilaminlerin Bazlığı...621 Amonyak ve Amin Türevi Bileşikleri Reaksiyonu...622 Karboksilli Asitlerin Asitlik Kuvvetlerinin Karşılaştırılması...622 Bisiklo Bileşikler...623 Dekalinler...624 Halojenleme Reaksiyonu...625 Haloform Reaksiyonu...625 Aldol kondenzasyonu (Aldolizasyon)...625 Claisen Kondenzasyonu...626 ÇÖZÜMLÜ TEST...627 ÇÖZÜMLER...630
xix 22. BÖLÜM: SPEKTROSKOPİ Tek ışın yollu ve çift ışın yollu spektrofotometrelerin farkı...635 UV - GB spektroskop içinde kullanılan ışık kaynağının özellikleri...636 Monokromatörler...636 UV GB spektroskopisinin teorisi...636 Molekül obitalleri...636 Molekül orbitallerinin (n hariç) oluşması...636 UV GB bölgesi için elektronik geçişler...636 Elektronik Geçiş Tipleri...636 Organik moleküllerin elektronik geçişleri...636 Kromofor Gruplar...637 Lambert Beer Yasası (Sıvılar için)...638 Beer Kanunu ndan sapmalar...638 Kalitatit Analiz...638 Kantitatif analiz...639 Dalga boyu seçimi...639 Absorplamayan türlerle ilgili uygulamalar...639 Absorbansı etkileyen değişkenler...639 Absorbans ile derişim arasındaki bağıntının tayini...639 Absorplayan maddelerin karışımlarının analizi...639 İnfrared bölge...639 İnfrared (Titreşim) Spektroskopisi...639 Gerilme titreşiminin ölçülmesi...640 Titreşim Frekansı...640 Soğurma piklerinin sayısı...640 Moleküler Titreşim Tipleri...641 Yakın (near) infrared bölge...641 Orta (middle) infrared bölge...641 Uzak (far) infrared bölge...641 Fourier transform spektrometre tipleri...641 Işık kaynakları...642 Dedektörler...642 IR spektrumlarının alınması için yöntemler...642 Kalitatif analiz...642 Molekülün Parmak İzi...643 NMR (Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi)...644 Proton NMR ( 1 H-NMR) Spektroskopisi...646 Kimyasal Kayma...647 Karbon-karbon çift bağlarındaki protonlar...650 Spin Spin Etkileşmeleri (Yarılmalar)...651 Bazı 1 H NMR örnekleri...651 Diğer NMR Teknikleri...653
xx Kütle Spektroskopisi...657 ÇÖZÜMLÜ TEST...659 ÇÖZÜMLER...662 ALAN EĞİTİMİ 1. BÖLÜM: BİLİMSEL YÖNTEM BİLİMSEL BİLGİ VE KİMYA EĞİTİMİ BİLİM...669 Bilim Nedir?...669 Bilgi Türleri...669 Bilimsel Bilgi...669 Bilim Tarihi...670 Bilim Okuryazarlığı...671 Bilimsel Yöntemler...671 Bilimsel Yöntem Basamakları...672 Problemin Belirlenmesi...672 Kanun (Yasa)...673 Teori (Kuram)...673 Çözümlü Test...674 Çözümler...676 2. BÖLÜM: BİLİMSEL SÜREÇ BECERİLER (BSB) BİLİMSEL SÜREÇ BECERİLERİ...679 A) Temel Beceriler...679 B) Nedensel Beceriler...679 C) Deneysel Beceriler...679 D) Temel Beceriler...679 Nedensel Süreçler...680 Deneysel Beceriler...680 Çözümlü Test...682 Çözümler...684 3. BÖLÜM: KİMYA DERSİNİN AMAÇLARI VE KAZANIMLARI TEMEL DÜZEY KİMYA DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMININ GENEL AMAÇLARI...687 TEMEL DÜZEY KİMYA DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMIYLA KAZANILMASI ÖNGÖRÜLEN BECERİLER... 687 Bilimsel Okuryazarlık Temaları...687 İLERİ DÜZEY KİMYA DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMIYLA KAZANILMASI ÖNGÖRÜLEN BECERİLER... 688 Bilimsel Okuryazarlık Temaları...689 Bilimin Doğası...689 Bilimsel Süreç Becerileri...689
xxi Yaşam Becerileri...689 Bilim, Teknoloji, Toplum, Çevre ve Ekonomi...690 Çözümlü Test...691 Çözümler...693 4. BÖLÜM: ÖĞRENME KURAMLARININ KİMYA ÖĞRETİMİNDEKİ UYGULAMALARI 1. YAPILANDIRMACI (CONSTRUCTIVISM) ÖĞRETİM...697 Bilişsel Yapılandırmacılık...697 Sosyal Yapılandırmacılık...697 5E Öğrenme Modeli...698 2. İŞ BİRLİKLİ ÖĞRENME...699 İş Birlikli Öğrenme Teknikleri...699 3. ANLAMLI ÖĞRENME...699 4. PROBLEME DAYALI ÖĞRENME...699 Problem Çözmede Kullanılan Teknikler...700 Argümantasyon Temelli Öğretim Yönteminde Kullanılan Teknikler...700 5. PROJE TABANLI ÖĞRENME...701 6. SORGULAMAYA DAYALI ÖĞRENME...702 7. ARAŞTIRMAYA (AÇIK-SORGULAYICI) DAYALI ÖĞRENME...702 Araştırmaya Dayalı Öğrenme Tipleri...702 8. KUANTUM ÖĞRENME...703 9. TAM ÖĞRENME...703 10. AKTİF ÖĞRENME...703 11. ÇOKLU ZEKÂ KURAMI...704 12. BEYİN TEMELLİ ÖĞRENME...704 13. İNFORMAL ÖĞRENME...706 İnformal Öğrenmenin Güçlü Yönleri...706 İnformal Öğrenmenin Sınırlılıkları...706 Çözümlü Test...707 Çözümler...709
xxii 5. BÖLÜM: KİMYA ÖĞRETİMİNDE LABORATUVAR YAKLAŞIMLARI A. LABORATUVAR YAKLAŞIMLARI...713 B. DENEY ÇEŞİTLERİ...713 1. Kapalı Uçlu Deney Tekniği...714 2. Açık Uçlu Deney Teknikleri...714 Çözümlü Test...717 Çözümler...718 6. BÖLÜM: KİMYA ÖĞRETİM YÖNTEM VE TEKNİKLERİ A. KİMYA ÖĞRETİMİNDE EN ÇOK KULLANILAN YÖNTEMLER...721 Eğitimde Drama...721 Örnek Olay...721 Tartışma...721 B. KİMYA ÖĞRETİMİNDE SIKÇA KULLANILAN TEKNİKLER...721 Beyin Fırtınası...721 Rol Yapma-Oynama...721 Mikro Öğretim...721 Mikro Öğretimin Faydaları...722 Mikro Öğretimin Sınırlıkları...722 Yansıtıcı Düşünme...722 Yaratıcı Düşünme...722 Eleştirel Düşünme...722 Eleştirel Düşünce Özellikleri...722 Çözümlü Test...724 Çözümler...727 7. BÖLÜM: KAVRAM ÖĞRETİMİ VE KAVRAM YANILGILARININ TESPİTİ KAVRAMLARIN ÖZELLİKLERİ...731 Algılanan Kavramlar...731 Betimlemeli Kavramlar...731 Kuramsal Kavramlar...731 Kavram Öğretimi ve Kavram Yanılgıları...732
xxiii Kavram Öğretimi...732 Kavram Yanılgılarının Tespitinde Kullanılan Yöntemler...732 Kavram Ağları...733 Kavram Haritaları...733 Kavram Karikatürleri...734 Kavramsal Değişim Metinleri...734 Çözümlü Test...736 Çözümler...737 8. BÖLÜM: ÖLÇME TÜRLERİ; KİMYA ÖĞRETİMİNDE KULLANILAN ÖLÇME YÖNTEMLERİ VE BLOOM TAKSONOMİSİ A. ÖLÇME...741 B. ÖLÇME TÜRLERİ...741 C. BLOOM'UN TAKSONOMİSİNE UYGUN ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...741 Bilişsel Alana Göre Ölçme...741 Bilgi Düzeyindeki Davranışların Ölçülmesi...741 Kavrama Düzeyindeki Davranışların Ölçülmesi...742 Uygulama Düzeyindeki Davranışların Ölçülmesi...742 Analiz Düzeyindeki Davranışların Ölçülmesi...742 Sentez Düzeyindeki Davranışların Ölçülmesi...742 Değerlendirme Düzeyindeki Davranışların Ölçülmesi...743 DUYUŞSAL ALANA GÖRE ÖLÇME...743 PSİKOMOTOR (DEVİNİMSEL) ALANA GÖRE ÖLÇME...744 GELENEKSEL VE ALTERNATİF DEĞERLENDİRME TÜRLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI...744 DEĞERLENDİRME NEDİR?...744 ALTERNATİF ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME YAKLAŞIMLARI...744 Ürün/Gelişim Dosyası (Portfolyo) Değerlendirme...745 Dereceli Puanlama Yönergesi Anahtarı (RUBRIC)...745 Çözümlü Test...748 Çözümler...750
xxiv 9. BÖLÜM: KİMYA ÖĞRETİMİNDE LABORATUVAR GÜVENLİĞİ LABORATUVAR GÜVENLİĞİNİN ÖNEMİ...753 Laboratuvar Güvenliğini Bozan Etmenler...753 Fiziksel Ortam...753 Kazaların Meydana Gelme Nedenleri...753 Laboratuvar Güvenliği İçin Neler Yapılmalıdır?...754 Bazı Güvenlik ve Uyarı İşaretleri...754 Kimyasalların Riskleri...755 Kimyasal Maddelerin Depolanması...756 Çözümlü Test...759 Çözümler...761 Kaynakça....763
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