Editör: Hüseyin BAĞ Kemal DOYMUŞ Hüsniye DURMAZ Murat SARAÇOĞLU Hikmet SAYILKAN Gamze DOLU Mehmet TUNÇEL 5. Baskı
Editör: Prof. Dr. Hüseyin Bağ GENEL KİMYA-2 ISBN 978-605-318-420-1 Kitapta yer alan bölümlerin tüm sorumluluğu yazarlarına aittir. 2016, Pegem Akademi Bu kitabın basım, yayın ve satış hakları Pegem Akademi Yay. Eğt. Dan. Hizm. Tic. Ltd. Şti ye 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. 1. Baskı: Mart 2007 5. Baskı: Nisan 2016 Yayın Proje: Seher Reyhani Dizgi-Grafik Tasarım: İsa Çam Kapak Tasarımı: Mehmet Gruşçu Baskı: Vadi Grup Ciltevi A.Ş. İvedik Organize Sanayi 28. Cadde 2284 Sokak No:105 Yenimahalle/ANKARA (0312 394 55 91) Yayıncı Sertifika No: 14749 Matbaa Sertifika No: 26687 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
ÖNSÖZ Bu ders kitabı, Eğitim Fakülteleri Fen Bilgisi Öğretmenliği Bölümü öğrencileri için, YÖK ün 2006 2007 öğretim yılında uygulamaya koyduğu yeniden yapılandırma programı müfredatına uygun olarak Genel Kimya II dersine yönelik olarak hazırlanmıştır. Kitapta kimyanın temel kavramları, Fen Bilgisi Öğretmenliği Bölümü öğrencilerinin hazır bulunuşluk durumlarına ve öğretmenlik mesleğinde gereksinim duyacakları bilgi düzeyine uygun olarak anlatılmıştır. Konular, örnek soru çözümleri ile zenginleştirilmiş ve bölümlerin sonlarına değerlendirme soruları eklenmiştir. Konuların yalnızca bilgi düzeyinde değil, kavrama, analiz, sentez ve değerlendirme düzeyinde öğretilmesi hedeflenmiştir. Prof. Dr. Hüseyin BAĞ Editör
Eğitim, öğretim ve bilim adına yapmış olduğu katkılardan dolayı, Prof. Dr. Hikmet SAYILKAN ın aziz hatırasına ithaf edilmiştir. Prof. Dr. Hikmet Sayılkan, 1987 yılında İnönü Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümünde başladığı akademik hayatını, aynı üniversitenin Eğitim Fakültesi İlköğretim Bölümü Fen Bilgisi Öğretmenliği Programında sürdürdü. Anorganik Kimya alanında özellikle İleri Teknolojik Malzemeler konusunda ulusal ve uluslararası birçok proje içerisinde olmakla birlikte, Kimya ve Fen Bilgisi Öğretmenliği öğrencilerin kimyaya bakış açılarını bütünüyle değiştirecek çalışmalarla da adından söz ettirdi. Elinizdeki bu kitabın hazırlanmasında büyük emeği olan Prof. Dr. Hikmet Sayılkan, Çağdaş ve Atatürkçü kişiliğiyle öğretim üyeliği yaptığı 21 yıl boyunca, özellikle Yaşam ve Kimya dersiyle öğrencilerinin gönlünde ölümsüzleşen bir hoca olarak 25 Şubat 2008 tarihinde aramızdan ayrıldı.
BÖLÜMLER VE YAZARLARI 9. Bölüm: Çözeltiler Doç. Dr. Mehmet Tunçel, Niğde Üniversitesi Eğitim Fakültesi 10. Bölüm: Kimyasal Kinetik Yrd. Doç. Dr. Gamze Dolu, Balıkesir Üniversitesi Necatibey Eğitim Fakültesi 11. Bölüm: Kimyasal Denge Prof. Dr. Hikmet Sayılkan, İnönü Üniversitesi Eğitim Fakültesi 12. Bölüm: Termodinamik ve Termokimya Doç. Dr. Murat Saraçoğlu, Erciyes Üniversitesi Eğitim Fakültesi 13. Bölüm: Asitler ve Bazlar Yrd. Doç. Dr. Hüsniye Durmaz, Trakya Üniversitesi Eğitim Fakültesi 14. Bölüm: Elektrokimya Prof. Dr. Kemal Doymuş, Atatürk Üniversitesi Kazım Karabekir Eğitim Fakültesi
İÇİNDEKİLER Sayfa No Önsöz... iii Bölümler ve Yazarları... v İçindekiler... vii 9. Bölüm ÇÖZELTİLER (ss: 1-42) Doç. Dr. Mehmet Tunçel Çözeltilerin Özellikleri... 3 Çözünme Olgusu... 6 Sulu Çözeltilerde Çözünme... 7 Çözünme Isısı... 9 Çözünürlük... 10 Hidratlaşma... 13 Gazların Çözünürlükleri... 14 Çözünürlük Kuralları... 15 Kristallendirme ile Ayırma... 16 Çözeltilerin Derişim... 17 Çözeltilerin Seyreltilmesi... 23 Çözeltilerin Buhar Basıncı... 26 Ayrımsal Damıtma (Distilasyon)... 28 Elektrolit Çözeltiler... 31 Donma Noktası Alçalması... 31 Kaynama Noktası Yükselmesi... 34 Osmoz ve Osmotik Basınç... 36 Heterojen Karışımlar... 38 Süspansiyonlar... 38 Kolloitler... 38 Çözünürlük ve Çevre... 38 Değerlendirme Soruları... 40
10. Bölüm KİMYASAL KİNETİK (ss: 44-84) Yrd. Doç. Dr. Gamze Dolu Giriş... 44 Çarpışma Teorisi... 45 Reaksiyon Hızı... 49 Anlık Reaksiyon Hızı... 50 Reaksiyon Hızını Etkileyen Faktörler... 52 Reaksiyona Giren Maddelerin Doğası... 53 Derişim... 55 Yüzey Alanı... 56 Sıcaklık... 58 Katalizörler... 62 Hız İfadeleri... 67 Reaksiyon Mekanizmaları... 71 Reaksiyon Mertebesi... 74 Yarılanma Süresi (Yarı Ömür)... 77 Değerlendirme Soruları... 80 11. Bölüm KİMYASAL DENGE (ss: 85-132) Prof. Dr. Hikmet Sayılkan Kimyasal Denge... 85 Denge Konusundaki Genelleştirmeler... 88 Denge Sabiti... 91 Denkleştirilmiş Kimyasal Eşitlik ile K Arasındaki İlişki... 98 Kütleler Etkisi İfadesi (Q): Net Tepkime Yönünün Belirlenmesi... 100 Denge Sabiti Değerinin Anlamı... 102 Le Chatelier Kuralı ve Denge Üzerine Etki Eden Faktörler... 103 Gaz Fazı Denge Reaksiyonlarında Hacim (veya Basınç) Değişimliğinin Etkisi.. 106 Sıcaklığın Etkisi... 107 Çözünürlük Dengesi... 118 Çözünürlük Çarpımı... 118 Çözünürlük Üzerine Yabancı İyon Etkisi (Tuz Etkisi)... 126 Çökelme Reaksiyonları... 126 Ayrımsal Çöktürme... 127 Değerlendirme Soruları... 129 vii
12. Bölüm TERMODİNAMİK ve TERMOKİMYA (ss: 133-192) Doç. Dr. Murat Saraçoğlu Termokimya: Enerji, Isı ve Entalpi... 134 Enerji Isı ve Entalpi... 134 Enerjinin Isı Şeklinde Transferi... 135 Kimyasal Reaksiyonlarda Enerji Değişimi... 139 Endotermik Reaksiyonlar... 140 Isı Kapasitesi ve Isı Transferinin Ölçülmesi... 142 Entalpi Kavramı... 150 Termodinamik... 156 Termodinamiğin Birinci Kanunu... 158 Isı ve İş... 158 İç Enerji... 159 Tepkime Entalpileri Arasındaki İlişki: Hess Kanunu... 162 Oluşum Entalpileri... 164 Bağ Enerjileri... 168 Termodinamiğin İkinci Kanunu: Entropi... 170 Standart Entropiler... 174 Standart Serbest Enerjiler... 177 Termodinamiğin Üçüncü Kanunu: Mutlak Entropiler... 181 Serbest Enerji ve Denge... 183 Termodinamiğin Sıfırıncı Kanunu: Termal Denge... 185 Değerlendirme Soruları... 188 13. Bölüm ASİTLER ve BAZLAR (ss: 193-250) Yrd. Doç. Dr. Hüsniye Duymaz Asitler ve Bazlar... 193 Asitlerin Genel Özellikleri... 195 Asit ve Bazların Arrhenius Tanımı... 198 Asit ve Bazların Bronsted-Lowry Tanımı... 200 Suyun Asit-Baz Özellikleri... 202 viii
Asit ve Bazların Kuvveti... 204 Asitlik Kuvveti ve Molekül Yapısı... 207 İkili Asitlerin Kuvveti... 207 Oksiasitlerin Asitlik Kuvvetleri... 209 Lewis Asit ve Bazları... 211 ph-asitlik Ölçüsü... 214 Kuvvetli Asit ve Bazların Sulu Çözeltilerinin ph ının Hesaplanması... 216 Zayıf Asit ve Bazlar... 218 Zayıf Asitler ve Asit İyonlaşması Sabitleri... 218 İyonlaşma Yüzdesi... 220 Zayıf Bazlar ve Baz İyonlaşma Sabitleri... 223 Hidroliz... 226 Asitlerin ve Eşlenik Bazlarının İyonlaşma Sabitleri Arasındaki İlişki... 226 Asit Baz Dengelerinde Ortak İyon Etkisi: Tampon Çözeltiler... 228 Tampon Çözeltiler... 229 Tampon Çözelti Uygulamaları... 233 Nötrleşme Tepkimeleri ve Titrasyon Eğrileri... 233 Asit-Baz Titrasyonları... 235 Asit Baz İndikatörleri... 242 Özel Konu: Asit Yağmurları... 244 Değerlendirme Soruları... 247 14. Bölüm ELEKTROKİMYA (ss: 251-280) Prof. Dr. Kemal Doymuş Giriş... 252 Elektrokimyasal Piller... 252 Pil Şemasının Yazılması... 254 Elektrokimyasal Pil Potansiyellerinin Hesaplanması... 255 Pil Potansiyellerine Derişim Etkisi (Nernst Denklemi)... 259 Bazı Elektrokimyasal Enerji Kaynakları... 262 Kuru Piller... 262 Yakıt Piller... 263 Akümülatörler... 266 Kurşunlu Akümülatörler... 266 Elektroliz... 268 Faraday Kanunları... 271 Faraday ın Birinci Kanunu... 271 Faraday ın İkinci Kanunu... 272 Korozyon... 274 Korozyondan Korunma... 276 Değerlendirme Soruları... 278 ix
DEĞERLENDİRME SORULARI ÇÖZÜMLERİ (ss: 281-295) 9. Bölüm: Çözeltiler... 282 10. Bölüm: Kimyasal Kinetik... 290 11. Bölüm: Kimyasal Denge... 291 12. Bölüm: Termodinamik ve Termokimya... 291 13. Bölüm: Asitler ve Bazlar... 292 14. Bölüm: Elektrokimya... 295 Kaynakça... 296 x
TABLOLAR LİSTESİ Tablo 9.1... 2 Tablo 9.2... 11 Tablo. 9.3... 32 Tablo 10.1... 69 Tablo 11.1... 100 Tablo 11.2... 110 Tablo 11.3... 119 Tablo 11.4... 120 Tablo 12.1... 146 Tablo 12.2... 169 Tablo 12.3... 174 Tablo 12.4... 176 Tablo 12.5... 177 Tablo 12.6... 184 Tablo 13.1... 197 Tablo 13.2... 198 Tablo 13.3... 219 Tablo 13.4... 221 Tablo 13.5... 221 Tablo 13.6... 222 Tablo 13.7... 224 Tablo 13.8... 243 Tablo 14.1... 257 xi
ŞEKİLLER LİSTESİ Şekil 9.1... 4 Şekil 9.2... 5 Şekil 9.3... 8 Şekil 9.4... 12 Şekil 9.5... 14 Şekil 9.6... 20 Şekil 9.7... 29 Şekil 9.8... 36 Şekil 10.1... 45 Şekil 10.2... 47 Şekil 10.3... 47 Şekil 10.4... 51 Şekil 10.5... 54 Şekil 10.6... 55 Şekil 10.7... 58 Şekil 10.8... 60 Şekil 10.9... 64 Şekil 10.10... 65 Şekil 10.11... 73 Şekil 11.1... 86 Şekil 11.2... 87 Şekil 11.3... 93 Şekil 11.4... 105 Şekil 12.1... 137 Şekil 12.2... 137 Şekil 12.3... 138 Şekil 12.4... 139 Şekil 12.5... 140 Şekil 12.6... 140 Şekil 12.7... 141 Şekil 12.8... 141 Şekil 12.9... 145 Şekil 12.10... 147 Şekil 12.11... 147 xii
Şekil 12.12... 150 Şekil 12.13... 150 Şekil 12.14... 153 Şekil 12.15... 171 Şekil 12.16... 172 Şekil 12.17... 182 Şekil 12.18... 186 Şekil 13.1... 195 Şekil 13.2... 205 Şekil 13.3... 208 Şekil 13.4... 209 Şekil 13.5... 216 Şekil 13.6... 238 Şekil 13.7... 240 Şekil 13.8... 241 Şekil 14.1... 253 Şekil 14.2... 256 Şekil 14.3... 262 Şekil 14.4... 264 Şekil 14.5... 267 Şekil 14.6... 269 Şekil 14.7... 272 Şekil 14.8... 274 Şekil 14.9... 275 Şekil 14.10... 275 Şekil 14.11... 277 Şekil 14.12... 277 xiii
9. BÖLÜM ÇÖZELTİLER Doç. Dr. Mehmet Tunçel Niğde Üniversitesi Eğitim Fakültesi
2 Genel Kimya - 2 Birden fazla maddenin kimyasal değişime uğramadan bir arada bulunması ile oluşan madde topluluklarına karışım denir. Bir maddenin her noktasında özelliği aynı ise ve dışarıdan bakıldığında tek bir madde gibi görünüyorsa böyle karışımlara homojen karışım denir. Homojen karışımlara çözelti adı verilmektedir. Kimyasal reaksiyonların birçoğu sadece saf maddeler arasında değil çözeltiler arasında da gerçekleşmektedir. Günlük yaşantımızda kullandığımız bir çok madde çözelti adını verdiğimiz karışımlardır. Kış aylarında yollara buz tutmaması için tuz atılır. Sebebini düşündünüz mü? Yine kış aylarında arabalanın radyatörlerine antifriz adı verilen bir sıvı karışımı eklenir. Nedeni ne olabilir? Bu bölümde çözeltilerin fiziksel özelliklerini, çözünürlük ve derişim kavramlarını inceleyeceğiz. Birden fazla maddenin kimyasal değişime uğramadan bir arada bulunması ile oluşan madde topluluklarına karışım denir. Bir bardak sıcak suya bir miktar şeker atıp karıştırdığımızda şeker-su karışımının her noktasındaki şeker-su oranı aynı olmaktadır. Bir maddenin her noktasında özelliği aynı ise ve dışarıdan bakıldığında tek bir madde gibi görünüyorsa böyle karışımlara homojen karışım denir. Karışımı-oluşturan maddeler özelliklerine göre her oranda karışabileceği gibi sıcaklığa bağlı olarak belirli oranlarda da karışabilirler. Homojen karışımlara çözelti adı verilmektedir. Homojen karışımlar gaz, sıvı ve katı halde olabilirler. Bu tanımlara göre gazlar, sıvılar ve katılar kendi aralarında çözelti oluşturabileceği gibi, sıvılar katı ve gazlarla, katılar sıvı ve gazlarla çözelti oluşturabilirler. Tablo 9.1 de bazı çözelti örnekleri verilmiştir. Tablo 9.1: Bazı Çözelti Türleri Bileşen 1 Bileşen 2 Çözelti türü Örnekler Gaz Gaz Gaz Hava Gaz Sıvı Sıvı Maden suyu Gaz Katı Katı Paladyum içindeki H 2 gazı Sıvı Sıvı Sıvı Su-etanol çözeltisi Katı Sıvı Sıvı Suda çözünmüş şeker Katı Katı Katı Pirinç (Cu/Zn)