Anorganik Kimya 3A Grubu Elementleri
III A GRUBU ELEMENTLERİ ADNAN EREN
Toprak Alkali metallerin periyodik tablodaki konumu Toprak grubu elementler periyodik tablonun 13. sütununda yer alır. Bor Alüminyum Galyum İndiyum Talyum Toprak grubu elementleri aktif elementlerdir. Doğada serbest olarak bulunmazlar.
TOPRAK GRUBU ELEMNTLERİN DOĞADA BULUNUŞU Bu grubun en önemli metali alüminyum dur. En bol bulunan üçüncü element olan alüminyum, yer kabuğunun kütlece %8,3 ünü oluşturmaktadır. ADNAN EREN
IIIA GRUBU ELEMENTLERİNİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ Elem ent H (kj mol -1 ) İE1 (kj mol -1 ) IE3 (kj mol -1 ) Eİ (kj mol -1 ) En ( 0 C) Kn ( 0 C) B 563 801 3660-27 2300 2550 82 R Kov (pm) Al 326 578 2745-44 660 2467 118 Ga 277 579 2963-29 30 2403 126 In 243 558 2704-29 157 2080 144 Tl 182 589 2878-29 303 1457 152 ADNAN EREN
TOPRAK METALLERİNİN GENEL ÖZELLİKLERİ Toprak metallerinin genel özellikleri Grupta iyonlaşma enerjileri aşağıya doğru azalır, atom ve iyon çapları ise artar ADNAN EREN
Grup 3A Elementleri (ns 2 np 1, n 2) 7
TOPRAK GRUBU ELEMENTLERİ KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Periyodik tablon un 3A grubu [13. grup) elementlerinin elektron dizilimi ns 2 np 1 şekilde sonlanır. Grup elementlerinden B [bor) yarı metal olup elektron vermekte zorlanır. Bu nedenle kovalent bağlar yapar. B Alüminyum (Al) bileşiklerinde her zaman 3+ yükseltgenme basamağı, galyum (Ga) ve İndiyum (İn) bileşiklerinde genellikle 3+ yükseltgenme basamağında bazen de 1+ yükseltgenme basamağında da bulunabilirler. Talyum (Tl) ise bileşiklerinde 1+ değerlik alır. Ga ADNAN EREN
TOPRAK GRUBU ELEMENTLERİ KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Halojenlerle halojenürleri meydana getirirler. Oksijenle oksitleri oluştururlar. Asitlerle tepkimeye girip H 2 gazı çıkarırlar. [Bor (B). HCI ve seyreltik H 2 SO 4 ile tepkime vermez.] Alüminyum, en çok hafif alaşımların yapımında kullanılır. Alüminyum iyi bir indirgendir, çünkü +3 değerlikle iyonuna kolayca yükseltgenir. ADNAN EREN
TOPRAK GRUBU ELEMENTLERİ KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Alüminyum, metal oksitlerden oksijeni çıkararak alüminyum oksitti oluşturur ve diğer metal kendi metalik durumuna geçer. bu tepkime TERMİT TEPKİMESİ olarak bilinir. Fe 2 O 3 (k) + 2Al(k) Al 2 O 3 (k) + 2Fe(s) Galyum daha çok galyum arsenür elde edilmesinde kullanılır. bu bileşik ışığı doğrudan elektriğe dönüştürebilir. İndiyum düşük eriyen alaşımlarını yapımında kullanılır. Talyum bileşikleri son derce son zehirlidir ve sanayide pek kullanılmazlar. ADNAN EREN
ADNAN EREN TOPRAK GRUBU ELEMENTLERİ KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Toprak elementlerinin halojenler ile tepkimesi 3A grubu elementleri halojenlerle tuz oluştururlar. metal + halojen metal halojenür Alüminyum + klor alüminyum klorür 2Al (k) + 3Cl 2 (g) 2AlCl 3 (k) Galyum + iyot galyum iyodür 2Ga(k) + 3I 2 (g) 2GaI 3 (k)
TOPRAK ALKALİ METALLERİN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Toprak elementlerinin oksijen ile tepkimesi Oksitleri oluşturarak tepkime verirler. metal + oksijen metal oksit Alüminym + oksijen alüminyum oksit 4Al(k) + 3O 2 (g) 2Al 2 O 3 (k) Galyum + oksijen Galyum oksit 4Ga (k) + 3O 2 (g) 2Ga 2 O 3 (k) ADNAN EREN
TOPRAK ALKALİ METALLERİN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Toprak elementlerinin asitler ile tepkimesi Asitlerle birleşerek hidrojen gazı oluştururlar. metal + asit metal tuzu + hidrojen Alüminyum + asit alüminyum tuzu + hidrojen 2Al (k) + 6HCl(g) 2AlCl 3 (k) + 3H 2 (g) 2Al(k) + 3H 2 SO 4 (aq) Al 2 (SO 4 ) 3 (aq) + 3H 2 (g) 2Al(k) + 2HNO 3 (aq) Al 2 O 3 (k) + 2NO(g) + H 2 O(s) ADNAN EREN
TOPRAK ALKALİ METALLERİN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Toprak elementlerinin k. bazlarla tepkimesi Bazlarla birleşerek hidrojen gazı oluştururlar. metal + k.baz metal hidroksit + hidrojen Alüminyum + K.baz M. alüminyum hidroksit + hidrojen 2Al (k) + 2NaOH(aq) + 6H 2 O 2NaAl(OH) 4 (aq) + 3H 2 (g) ADNAN EREN
BOR ELEMENTİNİN DOĞAL MİNERALLERİ Doğada serbest halde bulunmayan bor, oksijenli bileşikleri halinde bulunur. Ülkemizde bol bulunan bor mineralleri : Kolemanit ( Ca 2 B 6 O 11.5H 2 O ) Pandermit ( Ca 2 B 6 O 11.3H 2 O ) Boraks ( Na 2 B 4 O 7.10H 2 O ) ADNAN EREN
BOR VE BİLEŞİKLERİ Bor (B) Elmastan sonra bilinen en sert elementtir. Doğada sadece bileşikleri halinde bulunur. Borun Eldesi Bor mineralleri asitle tepkimeye sokularak borik asit (H 3 B0 3 ) elde edilir. Borik asitten elde edilen bortrioksit (B 2 0 3 )magnezyumla indirgenirse bor elde edilir Na 2 B 4 O 7. 10H 2 O + 2HCI 4H 3 BO 3 + 2NaCI + 5H 2 O (borik asit) ısı 2 H 3 BO 3 B₂O 3 + 3H 2 O (bortrioksit) ısı B 2 O 3 + 3Mg 2B + 3MgO
BOR VE BİLEŞİKLERİ Borun Alaşımları Magnezyum - Bor (Mg-B), alaşımları yüksek sıcaklıktaki iletkenliği sayesinde bilgisayarlar dört kat daha hızlı çalışmaktadır. Çelik endüstrisinde çeliğin sertlik ve dayanıklılığını artırmak için kullanılır. Amorf bor, bakırın oksidinin giderilmesinde, alüminyumun iletkenliğinin artırılmasında kullanılır. Nötronları absorbladığından nükleer reaktörlerde kontrol çubuğu olarak ve kanser tedavisinde alfa ( ) ışıyıcısı olarak kullanılır. Bilim adamları bor elementini, 20. yüzyılın petrolü olarak adlandırmaktadır. Dünya bor rezervinin %70'i Türkiye'de bulunmaktadır. Ham borun tonu 400 dolar civarındadır. Bazı Bor Bileşikleri ve Kullanım Alanları Borik Asit (H 3 B0 2 ) Çok zayıf asittir. Tıpta antiseptik olarak (göz yıkama suyu) Kağıt ve pamukta yanmayı önlemek için Yaralarda merhem olarak
BOR VE BİLEŞİKLERİ Boraks (Na 2 B 4 O 7. 10H ₂ O) Bor ve borik asit eldesinde Renkli ve ısıya dayanıklı cam yapmada Suyun sertliğinin giderilmesinde Sodyum Metaborat (NaBO₂) Suyu yumuşatma ve temizleme amaçlı Pireks camlarda ve fiberglas yapısında Sodyum Borohidrür (NaBH₄) Farmasötikler vitaminler antibiyotikler ve pek çok kimyasal madde sentezinde indirgeyici olarak Jet ve roketlerde yakıt ve hidrojen kaynağı olarak Seramik sanayinde, kağıt sanayinde, deri sanayinde ağartıcı olarak Kurşun ve civa gibi ağır metalleri atık sulardan uzaklaştırmada Metallerin plastikler dahil her türlü yüzeye elektrik kullanmadan kaplanmasında Fotoğraf atığı çözeltilerden gümüş ve altın eldesinde Sodyum Perborat (NaBO 3.4 H₂O) Renkleri soldurmayan abartıcıların yapılmasında
SORU: Bor elementi aşağıdaki nedenlerden hangisinden dolayı kovalent bağ yapmayı tercih eder? A) Elektron verme eğiliminin fazla olması B) İyonlaşma enerjisinin az olması C) Atom hacminin küçük olması ve elektron verme yatkınlığının az olması D) En dış enerji seviyesindeki elektronların çekirdek tarafından zayıf çekilmesi E) Elektronegatifliğine çok az olması SORU: Belirli bir bileşimi olan, kendine özgü kristal şekle ve fiziksel özelliklere sahip doğal maddelere mineral denir Buna göre; I. Boraks II. Kolemannit III. Pandermit minerallerinden hangileri bor elementinin e İdesinde kullanılır? A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II D) I ve III E) I, II ve III SORU: Çok zayıf asit özellik gösteren ve tıpta göz yıkama suyu olarak kullanılan bor elementinin bileşiği aşağıdakilerden hangisidir? A) B 2 0 3 B) H 3 BO 3 C) NaB0 2 D) NaBH 4 E) Na 2 B 4 0 7 19
SORU: Birçok alanda maddelerin abartılmasında (maddelerin renginin açılması) kullanılan ve indirgen belliğinden dolayı pek çok kimyasal maddenin sentezinde indirgeyici olarak kullanılan bor bileşiği aşağıdakilerden hangisidir? A) NaBH 4 B) NaB0 2 C) B 2 0 3 D) H 3 B0 3 E) BCI 3 SORU: Bor elementi nükleer reaktörlerde nötron soğurma özelliğinden dolayı kontrol çubuğu olarak kullanılır. Buna göre, aşağıdaki tepkimelerden hangisi bor elementinin nötron soğurma tepkimesi olabilir? A) B) BF 3 + NH 3 F 3 B:NH 3 C) D) E) (katalizör) SORU: NaBH 4 + 2H 2 0 4H 2 + NaB0 2 tepkimesi, sodyumborohidrür (NaBH₄) bileşiğinin hangi alanda kullanımına uygunluğunu gösteren denklemdir? A) Ağ artıcı özelliği B) Alaşım oluşturma özelliği C) Yakıt kaynağı özelliği D) Antiseptik özelliği E) Dezenfektan özelliği 20
SORU: Bor elementiyle ilgili; I. Bor alaşımlı çeliklerin sertlik ve dayanıklılığını artırır II. Amorf (şekilsiz) bor bakırın oksitlerinin giderilmesinde kullanılır. III. Magnezyum-bor alaşımlarının yüksek sıcaklıklarda iletkenliği fazladır. ifadelerinden hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) Yalnız III C) I ve II D) I ve III E) I, II ve III 21
ALÜMİNYUM (Al) Alüminyum, doğada oksijen ve silisyumdan sonra en çok bulunan 3. elementtir. Yer kabuğunun %8'ini oluşturur. Alüminyum elementinin bazı mineralleri Mineral Adı Mineralin Formülü Korendon AI 2 O 3 Boksit Al 2 0 3. 2H 2 0 Kil (Kaolin) AI 2 O 3. 2Sİ0 2. 2H 2 0 Kriyollt 3NaF.AIF 3 22
Alüminyum Eldesi (Boksitten) Boksitten alüminyum elde edebilmek için önce boksitin temizlenmesi gerekir. Bunun için bazı kimyasal ve fiziksel olaylar gerçekleştirilir. Bu olaylar sonucunda neredeyse saf alüminyum oksit (Al 2 O 3 ) elde edilir, Elde ed ilen Al 2 O 3 eritilerek elektroliz edilir. Elektrolizde Al ve O 2 elde edilir. (Al 2 O 3 ü n erime noktası çok yüksektir, Erime noktasını düşürmek için kriyolitle karıştırılır.) AI 2 O 3 4AI + 30 2
Alüminyumun Alaşımları Alüminyum saf halde işleme güçlükleri gösterdiğinden genellikle alaşımları halinde kullanılır. Alüminyum alaşımları, çok hafif ve mekanik bakımdan üstün özellik gösterir, Alaşım % Bileşimi Özelliği Kullanıldığı Yeler Duralümin Silümin Titanal Magnoks % 95, 6Al % 3Cu % 0,6 Mn % 0,8 Mg % 88 AI, %12 Si % 88, 5 Al % 1,7 Cu % 2.5 Mg : % 7 Zn : % 0,1 Zr % 99 Mg % 0, 006 Fe % 0,02-0,05 Be % 0,08 Ca, % 0,8 Al Çelik kadar sert ve dayanıklı Termal genleşme katsayısı düşük, aşınma ve ko-rozyon dayanımı yüksek Paslanmaya karşı dayanıklı, sağlam ve hafif 360 C'ye kadar etkili Uçak gövdesi oto kaplamaları Kaynaklı yapılarda : levha üretiminde, uçak ve otomobil endüstrisinde pistonların yapımında Snowboard ve kayma takımlarının metal aksamında Nükleer reaktörlerde düşük frekansta yay il an nötronları yakalama ve nükleer amaçla kullanılacak uranyumun oksitlenmesini önlemek amaçlı 24
Bazı Alüminyum Bileşikleri ve Kullanım Alanları Alüminyum Oksit (Al 2 0 3 ) Alüminyum oksitin doğal formları (korundum, rubi taşları ve safir) değerli taşlardır. Bu taşlar süslemecilik ve mücevheratta kullanılır. Doğal Al 2 0 3 Formu Korundum Rubi taşları Safir Bileşimi ve özelliği Saf korundum renksizdir. Cr Fe, Ti karışması sonucu farklı renk alır. Al 2 0 3 ün Fe. Ti, Cr, Si ile karışması sonucu oluşan taşlardır. Kırmızı renkli olanına yakut denir. Korundum mineralinden oluşur. Al 2 0 3 ün doğal kristal formudur. Ana rengi mavidir. Ancak değişik renkte olanları vardır. 25
Kil [AI 2 O 3. 2Si0 2. 2H 2 0] Sulu alüminyum silikattır. Pek çok çeşidi vardır. Seramik porselen gibi maddeleri yapmada kullanılan ana malzemedir. Birçok kilin toprakta katyon değiştirme özelliği vardır. Aliminyüm Klorür [AlCl₃] Susuz ve kristal şekildedir. Alüminyum talaşının HCI gazı ile tepkimesinden elde edilir. Kullanım alanları şunlardır. Petrol sanayinde Kauçuk eldesinde Organik kimyada katalizör olarak (Friedel-Craf tepkimesinde) Bazı özel sabunların yapılmasında Su temizlenmesinde Alüminyum Sülfat [Al₂(SO₄)₃] Kil toprağının H 2 S0 4 ile tepkimesinden elde edilir. Boyacılıkta ve tekstil sanayinde mordan olarak Kağıt fabrikalarında kağıdı tutkallamak için 26
Şap Şaplar genel olarak M(l)M(lll)(S0 4 ) 2.12H 2 0 formülünde çift tuz içeren bileşiklerdir. Alkali metaller ve amonyum M(l) deki +1 iyonu, demir, alüminyum, krom da bileşikteki M(lll) olan +3 yüklü iyondur. Buna göre potasyum alüminyum şapı KAI(S0 4 ) 2.12 H 2 0 dur. Kullanım alanlarından bazıları şunlardır. Dericilikte, boyacılıkta, tekstil ve kağıt endüstrisinde Fotoğrafçılık endüstrisinde Tıpta Ateşe dayanıklı elbise yapımında Galyum (Ga) Galyum doğada az bulunan bir elementtir. Diğer elementlerin mineralleri içinde az miktarda bulunur, Galyum, cam ve porselenlerde ıslak bir görünüm vermek için kullanılır. Yan iletkenlerin ve transistor benzeri araçların üretiminde yaygın olarak kullanılır. Galyum arsenit (GaAs), elektriği doğrudan ışığa çevirebilirle özelliğine sahiptir. Galyumun bazı bileşikleri (GaAs : GaP) yarı iletken bileşik olup LCD ve LED teknolojisinde kullanılır. 27
İndiyum (İn) İndiyum doğada az bulunan bir elementtir. Kurşun ve çinko mineralleri içinde bulunur. Gümüşlü alaşımları, sert ve dayanıklı mutfak kaplarının yapılmasında kullanılır. Metallerin ve camın üzeri indiyumla kaplandığında atmosferik aşınmaya karşı dayanıklı ayna oluşur. Nükleer santrallerin tepkime zincirlerinin düzenleyicisi olarak kullanılır. Güneş gözelelerinin (güneş enerjisini depolayarak elektrik enerjisine dönüştüren araçlar) yapımında kullanılır. Kan ve akciğer araştırmalarında kullanılır. Talyum (Tl) Talyum da galyum ve indiyum gibi doğada her tarafa dağılmış az bulunan bir metaldir. Talyumun bazı bileşikleri özel nitelikli camların üretiminde kullanılır. Talyum bileşikleri düşük dozlarda bile insan için zehirleyici özelliğe sahiptir. Fare zehiri yapımında talyum sülfat, talyum asetat ve talyum karbonat kullanılır. SORU: AI 2 O s ten Al elde edilirken Al 2 0 3 e kriyolit katılır. Bu işlemin nedeni aşağıdakilerden hangisidir? A) Al nin iletkenliğini artırmak için B) Al 2 0 3 ün erime noktasını artırmak için C) Al 2 0 3 ün erime noktasını düşürmek için D) Al 2 0 3 teki yabancı maddelerin ayıklanması için E) Elde edilen Al nin sertliğini artırmak içi 28
SORU: AI 2 O s ten Al elde edilirken Al 2 0 3 e kriyolit katılır. Bu işlemin nedeni aşağıdakilerden hangisidir? A) Al rıin iletkenliğini artırmak için B) Al 2 0 3 ün erime noktasını artırmak için C) Al 2 0 3 ün erime noktasını düşürmek için D) Al 2 0 3 teki yabancı maddelerin ayıklanması için E) Elde- edilen Al nin sertliğini artırmak için SORU: Alüminyum elementinin elde edilmesinde kullanılan en önemli filizlerden boksitin formülü aşağıdakilerden hangisidir? A) Al 2 0 3.2H 2 0 B) 3NaF.AIF 3 C) Al 2 0 3.2Si0 2.2 H 2 0 D) AI 2 (S0 4 ) 3 E) KAI(S0 4 ) 2.12 H 2 0 SORU: Alüminyum aktifliği fazla olan bir elementtir. Buna göre; I. 2AI 2 0 3 + 3C 4AI + 3CO 2 II. AI 2 0 3 + 3H 2 2AI + 3H 2 0 III. AI 2 0 3 2AI + 3/20 2 tepkimelerinden hangileri alüminyum el de s inde uygun bir yöntemdir? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) II ve III SORU: Aşağıdaki bileşiklerden hangisi şiddetli zehir özelliktedir? A) Alüminyum klorür B) Alüminyum şapı C) Bor oksit D) Talyum sülfat E) Alüminyum sülfat 29
SORU: Alüminyumun en önemli minerallerinden olan kil (kaolin)in formülü aşağıdakilerden hangisidir? A) AI 2 0 3 B) AI 2 0 3.2H 2 0 C) Al 2 0 3.2SİO 2. 2 H 2 0 D) AICI 3 E) AI 2 (S0 4 ) 3 30
UYGULAMA Borun ve bileşiklerinin Özelliklerini İncelemek Araç ve ayıraçlar Araçlar Ayıraçlar - Deney tüpü - Boraks, - Su banyosu - Derişik HCl - Turnusol kâğıdı, Etil alkol - Buz banyosu bunsen beki, porselen kapsül - Deneyin amacı bor ve bileşiklerinin özelliklerini incelemektir. - Borik asit üretilerek kristallendirme yapılır. - İşlemler sırasında gerekli önlemleri alınız. Adnan Eren
UYGULAMA Borik asit elde etmek ve özellikleri Deney tüpüne 2 gram boraks alınız 5ml saf su ilave edip su banyosunda ısıtınız. Üzerine 2 ml derişik HCl ilave ediniz Turnusol kâğıdı ile asitliğini kontrol ediniz Deney tüpünü buz banyosunda soğutunuz Borik asit kristallerini gözleyiniz. Tepkime denklemlerini ve süreci rapor ediniz
UYGULAMA Borik asidin incelenmesi Borik asit kristallerini porselen kapsüle koyunuz Üzerini ıslatacak kadar etil alkol ilave ederek bek alevinde yakınız Oluşan yeşil rengi gözleyiniz
UYGULAMA Alüminyum ve bileşiklerinin özelliklerini incelemek Araç ve ayıraçlar Araçlar Ayıraçlar - Erlen Alüminyum tozu, - Tüp - K 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3, - Spatül - derişik H 2 SO 4 Ayırma hunisi - Deneyin amacı alüminyum ve bileşiklerinin özelliklerini incelemektir. - Alüminyumun amfoter özellikleri ve şap üretmek - İşlemler sırasında gerekli önlemleri alınız. Adnan Eren
UYGULAMA Alüminyumun amfoter özelliklerini incelemek İki adet erlen alınız Birinci erlen içine bir spatül alüminyum tozu koyunuz Erlendeki alüminyum üzerine ayırma hunisinden damla damla derişik HCl ekleyiniz Çıkan gazı su üzerinde deney tüpünde toplayınız Deney tüpündeki gazı yakınız İkinci erlen içine bir spatül alüminyum tozu koyunuz Üzerine NaOH ekleyiniz Çıkan gazı su üzerinde deney tüpünde toplayınız Deney tüpündeki gazı yakınız Her iki tüpteki gözlemleri değerlendirerek tepkime denklemlerini yazıp rapor ediniz Adnan Eren
UYGULAMA Alüminyum şapı elde etmek 1. İki adet beherin her birine 10 ml saf su alınız 2. Beherlerden birine 2 spatül K 2 SO 4, diğerine 3 spatül Al 2 (SO4) 3 koyarak çözelti haline getiriniz 3. Çözeltileri kaynatarak doygun hale getiriniz 4. K 2 SO 4 çözeltisini Al 2 (SO 4 ) 3 çözeltisi üzerine ekleyiniz 5. Üzerine 1-2 damla derişik H 2 SO 4 ilave ederek soğutunuz 6. Karışımı kristallendirmeye bırakınız Adnan Eren
UYGULAMA Alüminyum bileşiklerinin özelliklerini incelemek 1. Deney tüpüne 6 ml alüminyum klorür alınız 2. Üzerine çökelek oluncaya kadar damla damla amonyak ekleyiniz 3. Çökeleği iki deney tüpüne ayırınız 4. Çökeleklerden biri üzerine NaOH ekleyiniz 5. Çökeleklerden diğerine HCl asit ekleyiniz 6. Her iki tüpte de alüminyum hidroksitin çözündüğünü gözleyerek tepkime denklemlerini yazarak rapor ediniz Adnan Eren