ÖABT KİMYA KPSS 2016 Pegem Akademi Sınav Komisyonu; 2015 KPSS ye Pegem Yayınları ile hazırlanan adayların, 40'ın üzerinde soruyu kolaylıkla çözebildiğini açıkladı. Alan Bilgisi Alan Eğitimi Eğitimde 29. yıl
KOMİSYON ÖABT KİMYA ÖĞRETMENLİĞİ ISBN 978-605-318-200-9 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. 5. Baskı: 2015, Ankara Proje-Yayın: Neslihan Gürsoy Türkçe Redaksiyon: Aylin Doğan Dizgi-Grafik Tasarım: Hilal Sultan Coşkun Kapak Tasarımı: Gürsel Avcı Baskı: Koza Yayın Dağıtım A.Ş. Cevat Dündar Cad. No. 139 Ostim/ANKARA Tel : 0312 385 91 91 Yayıncı Sertifika No: 14749 Matbaa Sertifika No: 12385 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 İnternet: www.pegem.net E-ileti: pegem@pegem.net
ÖN SÖZ Sevgili Öğretmen Adayları, Elinizdeki bu kitap, Kamu Personeli Seçme Sınavı (KPSS) Kimya Öğretmenliği Alan Bilgisi ve Alan Eğitimi 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 hedeflenmistir. 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 da 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) ve Alan Eğitimi alanlarındaki bilgi ve becerilerini ölçmeyi hedeflemektedir. Öğretmenlik Alan Bilgisi Testinde çıkan sorular, Kimya Öğretmenliği 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 2013-2014-2015 KİMYA ÖABT sınavı çerçevesinde hazırlanmıştır. Sınav içeriğinde yapılabilecek olası değişiklikleri ÖSYM'nin web sitesinden takip edebilirsiniz.
İÇİNDEKİLER 1. BÖLÜM: MADDE 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 1. Saf (Arı) Maddeler...18 Elementler...18 Bileşikler...19 2. 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 ALIŞVERİŞİ... 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... 50 Küresel Simetri... 52 İyonların Elektron Dağılımı... 53 Değerlik Orbitalleri ve Değerlik Elektronları... 54 Temel Hâl - Uyarılmış Hâl... 54 Kuantum Sayıları... 55 E. ATOM TÜRLERİ...60 İzotop Atomlar...60 İzobar Atomlar... 61 İzoton Atomlar... 61 İzoelektronik Atomlar... 61 Allotrop Atomlar... 62 Karbonun Allotropları... 62 Allotrop Atomların Özellikleri... 62 ÇÖZÜMLÜ TEST - 1...63 ÇÖZÜMLÜ TEST - 2...66 ÇÖZÜMLER - 1...68 ÇÖZÜMLER - 2...70 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... 87 2. İyonik Yarıçap... 87 3. Van Der Waals Yarıçapı... 87 D. BÜYÜK PATLAMANIN DENEYSEL KANITLARI... 88 Mineraller... 88 Cevher... 88 Kavurma... 88 İndirgeme... 88 E. ALAŞIMLAR... 89 1. Örgü Boşluğu Alaşımları... 89 2. Metaller Arası (intermetalik) Bileşikler... 89 3. Süper Alaşımlar... 89 ÇÖZÜMLÜ TEST... 90 ÇÖZÜMLER... 94
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)... 113 Molekül Geometrisi ve VSEPR Kuramı... 116 Moleküler Orbital Teorisi...122 Katılar...125 Kristal Türleri...126 ÇÖZÜMLÜ TEST... 129 ÇÖZÜMLER... 132 5. BÖLÜM: BİLEŞİKLER BİLEŞİKLER... 139 1. Basit (Kaba) Formül... 139 2. Molekül (Gerçek) Formülü... 139 3. Açık (Yapı) Formülü... 139 İyonik Bağlı Bileşiklerin Formüllerinin Yazılması ve Adlandırılması... 139 Kovalent Bağlı Bileşiklerin Yazılması ve Adlandırılması... 142 Bileşiklerin Sınıflandırılması... 144 ÇÖZÜMLÜ TEST... 150 ÇÖZÜMLER... 152 6. BÖLÜM: KİMYASAL TEPKİMELER A. KİMYASAL TEPKİMELER... 157 Basit Denklem Denkleştirme... 157 B. KİMYASAL TEPKİME TÜRLERİ... 159 1. Homojen Tepkime... 159 2. Heterojen Tepkime... 159 3. Endotermik Tepkime... 159 4. Ekzotermik Tepkime... 159 5. Analiz (Ayrışma) Tepkimeleri... 159 6. Sentez (Birleşme) Tepkimeleri... 160
viii 7. Yanma Tepkimeleri... 160 8. Yer Değiştirme Tepkimeleri... 162 9. Çökelme Tepkimeleri... 162 10. İndirgenme-Yükseltgenme (Redoks) Tepkimeleri... 162 11. Nötrleşme Tepkimeleri... 165 12. Metallerin Asit, Baz ve Su ile Tepkimeleri... 165 ÇÖZÜMLÜ TEST... 168 ÇÖZÜMLER... 171 7. BÖLÜM: MOL KAVRAMI MOL KAVRAMI... 177 1. Avogadro Sayısı ve Mol Sayısı... 177 2. Bağıl Kütle ve Mol Kütlesi... 179 3. Molar Hacim... 181 4. Avogadro Hipotezi... 182 ÇÖZÜMLÜ TEST... 183 ÇÖZÜMLER... 186 8. BÖLÜM: STOKİYOMETRİ A. KİMYASAL YASALAR... 191 1. Kütlenin Korunumu Yasası... 191 2. Sabit Oranlar Yasası... 191 3. Katlı Oranlar Yasası... 193 4. Sabit Hacim Oranları Yasası... 195 B. KİMYASAL HESAPLAMALAR... 195 1. Miktarlı Geçiş Problemleri... 196 2. Artan Madde Problemleri... 197 3. Karışım Problemleri... 198 4. Basit ve Molekül Formülü Bulma Problemleri... 200 5. Verim Problemleri... 201 6. Saflık Problemleri... 202 7. Birbirini İzleyen Reaksiyonlar... 203 ÇÖZÜMLÜ TEST... 204 ÇÖZÜMLER... 207
ix 9. BÖLÜM: GAZLAR A. GAZLARIN GENEL ÖZELLİKLERİ... 213 Brown Hareketi... 213 B. KİNETİK GAZ TEORİSİ... 213 Gazların Difüzyonu... 214 Efüzyon... 215 C. GAZLARDA BASINÇ, HACİM, MOL SAYISI VE SICAKLIK İLİŞKİSİ... 216 Basınç... 216 İdeal Gaz Denklemi... 219 Gazların Yoğunluğu... 220 D. GAZ YASALARI... 221 1. Gazlarda Basınç-Hacim İlişkisi (n-t sabit) (Boyle-Mariotte Yasası)... 221 2. Gazlarda Basınç-Mol Sayısı İlişkisi (V ve T sabit... 224 3. Gazlarda Basınç-Sıcaklık İlişkisi (V-n sabit) (Gay Lussac Yasası... 224 4. Gazlarda Hacim-Sıcaklık İlişkisi (P-n Sabit) (Charles Yasası)... 224 5. Gazlarda Hacim-Mol Sayısı İlişkisi (P-T Sabit) (Avodagro Yasası)... 226 Kısmi Basınç... 228 Genel Gaz Denklemi... 229 Gazların Karıştırılması... 229 Tepkimeli Gaz Problemleri... 231 Su Üstünde Toplanan Gaz Basıncı... 234 Gerçek Gazlar... 235 Henry Yasası... 237 Atmosferde Su Buharı... 238 ÇÖZÜMLÜ TEST... 239 ÇÖZÜMLER... 243 10. BÖLÜM: ÇÖZELTİLER A. ÇÖZELTİLER... 249 Çözünme Olayı... 249 Çözünme Entalpisi... 249 B. ÇÖZELTİ TÜRLERİ... 249 1. Çözücünün Durumuna Göre Çözeltiler... 249 2. Çözünme Şekillerine Göre Çözeltiler... 250 3. Çözünen Madde Miktarına Göre Çözeltiler... 250 4. Çözünürlüğüne Göre Çözeltiler...251 C. ÇÖZÜNÜRLÜĞE ETKİ EDEN FAKTÖRLER... 251 Katıların Çözünürlüğüne Sıcaklığın Etkisi... 251 Gazların Çözünürlüğüne Sıcaklığın Etkisi... 252 Çözücü ve Çözünenin Türü... 252 Basınç... 252 Ortak İyon Etkisi... 253 D. ÇÖZÜNME HIZI... 253 Çözünme Hızını Etkileyen Faktörler... 253
x E. DERİŞİM (KONSANTRASYON)... 254 Kütlece % Derişim...254 Hacimce % Derişim...256 Molalite...257 ppm ve ppb...257 Molarite (Molar Derişim)...258 F. ÇÖZELTİLER ARASI TEPKİMELER... 262 1. Çökelme Tepkimeleri... 262 2. Nötrleşme Tepkimeleri... 262 3. Kimyasal Tepkimelerde Molarite Hesabı... 264 G. KOLİGATİF ÖZELLİKLER... 266 Buhar Basıncı... 266 Clausius-Clapeyron Denklemi... 268 Kaynama Noktası Yükselmesi... 270 Donma Noktası Alçalması (Kriyoskopi)... 271 Ozmotik Basınç ve Ozmos Olayı... 272 Viskozite... 274 Aktiflik Katsayısı ve İyonik Şiddet... 274 Analiz İle İlgili Temel Kavramlar... 275 Ayarlama ve Ayarlı Çözelti... 275 Birincil (Primer) ve İkincil (Sekonder) Standart... 275 Sistematik Belirli Hata...276 ÇÖZÜMLÜ TEST -1... 279 ÇÖZÜMLÜ TEST -2... 282 ÇÖZÜMLER -1... 283 ÇÖZÜMLER -2... 287 11. BÖLÜM: RADYOAKTİFLİK A. RADYOAKTİFLİK (ÇEKİRDEK TEPKİMELERİ)... 291 Alfa Işıması... 291 Beta Işıması... 291 Gama Işıması... 292 Pozitron Işıması... 292 Nötron Işıması... 293 Proton Işıması... 293 Elektron Yakalaması (K yakalaması)... 293 Doğal Radyoaktiflik... 295 Yapay Radyoaktiflik ve Bombardıman... 295 Fisyon (Çekirdek Bölünmesi... 295 Füzyon (Çekirdek Kaynaşması)... 295 Yarılanma Süresi... 296 Radyasyon Birimleri... 299 Çekirdek Bağlanma Enerjisi... 299 Atom Altı Parçacıklar... 300
xi Radyoaktif Işık... 301 Absorblaşmış Doz... 301 Doğadaki Temel Kuvvetler... 302 Radyoaktif Tepkimelerin Kinetiği... 302 ÇÖZÜMLÜ TEST... 303 ÇÖZÜMLER... 306 12. BÖLÜM: TERMODİNAMİK A. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ... 311 Sistem ve Çevre... 311 İç Enerji (U)... 311 Enerji ve İş... 311 Termodinamiğin I. Kanunu...312 B. KİMYASAL TEPKİMELERDE ENERJİ DEĞİŞİMİ... 314 Endotermik Tepkimeler... 314 Ekzotermik Tepkimeler... 315 Sistemlerde Entalpi Değişimi... 316 Oluşum Entalpisi (Isısı)... 317 Tepkime Entalpisi ( H) Hesaplanması... 318 Hess Yasası (Tepkime Isılarının Toplanabilirliği)... 319 Born - Haber Çevrimi...321 Bağ Enerjileri... 322 Kalorimetre Kabı... 323 İstemlilik... 325 Termodinamiğin 2. Kanunu... 327 Termodinamiğin 3. Kanunu... 328 Gibbs Serbest Enerjisi... 328 Serbest Enerji ve Kimyasal Denge... 330 Buharlaşma Entalpisi... 330 Trouton Kuralı... 331 ÇÖZÜMLÜ TEST -1... 332 ÇÖZÜMLÜ TEST -2... 334 ÇÖZÜMLER -1... 336 ÇÖZÜMLER -2... 338 13. BÖLÜM: KİMYASAL KİNETİK A. TEPKİME HIZI... 343 Tepkime Hızının İzlenmesi... 344 Çarpışma Teorisi... 345 B. TEPKİME HIZINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER... 346 1. Derişimin Etkisi... 346 2. Sıcaklığın Etkisi... 346 3. Basınç ve Hacim Etkisi... 347
xii 4. Katalizörün Etkisi... 348 5. İnhibitör Etkisi... 349 6. Madde Cinsinin Etkisi... 349 7. Temas Yüzeyinin Etkisi... 350 C. HIZ DENKLEMİNİN YAZILMASI... 350 Tek Basamaklı (Mekanizmasız) Tepkimelerde Hız Bağıntısı... 350 Çok Basamaklı (Mekanizmalı) Tepkimelerde Hız Bağıntısı... 351 Tepkime Mekanizmasına Katalizörün Etkisi... 352 Deneysel Yoldan Hız Denkleminin Bulunması... 353 Birinci Dereceden Reaksiyonların Hız Denklemi ve Yarılanma Ömrü... 355 İkinci Dereceden Reaksiyonların Hız Denklemi... 356 Sıfırıncı Dereceden Reaksiyonların Hız Denklemi... 356 Anlık Hız... 357 ÇÖZÜMLÜ TEST -1... 358 ÇÖZÜMLÜ TEST -2... 362 ÇÖZÜMLER -1... 364 ÇÖZÜMLER -2... 367 14. BÖLÜM: KİMYASAL DENGE A. FİZİKSEL DENGE... 371 B. KİMYASAL DENGE... 371 Denge Sabiti... 371 Derişimler Türünden Denge Sabiti... 372 Dengenin Nicel Görünümü... 372 Kısmi Basınçlar Türünden Denge Sabiti... 375 Denge Sabitinin Değişimi... 376 Dengenin Kontrolü (Denge Kesri)... 377 C. DENGEYE ETKİ EDEN FAKTÖRLER (Le Chatelier İlkesi)... 379 1. Derişimin Etkisi... 379 2. Basınç ve Hacmin Etkisi... 381 3. Sıcaklığın Etkisi... 382 Kimyasal Dengenin Nedeni... 383 ÇÖZÜMLÜ TEST... 384 ÇÖZÜMLER... 387
xiii 15. BÖLÜM: ÇÖZÜNÜRLÜK DENGESİ A. ÇÖZÜNÜRLÜK DENGESİ... 393 Çözünürlük... 393 Çözünme Olayında Düzensizlik Faktörü... 393 Çözünürlük Çarpımı... 394 Çözünürlük Çarpımının Hesaplanması... 394 Ortak İyonun Çözünürlüğe Etkisi... 396 Çökelme Koşulu... 397 Seçimli Çöktürme... 399 Çözünürlüğe Yabancı İyon Etkisi... 400 Çözünürlüğe Hidrojen (Hidronyum) İyonu Derişiminin Etkisi... 400 B. KOMPLEKS İYON DENGELERİ VE K çç... 400 Kompleks İyon Dengeleri ve Oluşum Sabitleri...401 Kompleks İyonlar İçeren Bir Çözeltide Çökelek Oluşması... 402 Ligand Derişiminin Çökmeyi Önleyecek Şekilde Ayarlanması... 402 Ligand Derişiminin Çökmeyi Önleyecek Şekilde Kompleks İyon Oluşturması ve Çözünürlük... 402 Kompleks İyonları Oluşturan Bir Çözeltiden Çökelek Oluşması... 403 ÇÖZÜMLÜ TEST... 404 ÇÖZÜMLER... 407 16. BÖLÜM: SULU ÇÖZELTİLERDE ASİT - BAZ DENGESİ A. ASİT-BAZ TANIMLARI... 413 1. Arrhenius Asit-Baz Tanımı... 413 2. Lowry-Bronsted Asit-Baz Tanımı... 413 3. Lewis Asit-Baz Tanımı... 414 Saf Suyun İyonlaşması... 416 ph ve poh Kavramı... 416 Kuvvetli Asitlerde ve Bazlarda ph ve poh... 419 Sulu Çözeltilerde Zayıf Asit ve Baz Dengeleri... 420 Zayıf Asitlerde ve Bazlarda ph ve poh... 420 Poliprotik Asitler ve ph...422 İyonlaşma Yüzdesi... 422 B. NÖTRLEŞME...423 Tam Nötrleşme... 423 Kısmi Nötrleşme...424 Tampon Çözeltiler... 425 Hidroliz... 428 C. TİTRASYON... 429 Asit veya Bazların Titrasyon Eğrileri... 429 İndikatörler... 432 ÇÖZÜMLÜ TEST -1... 435 ÇÖZÜMLÜ TEST -2... 438 ÇÖZÜMLER -1... 440 ÇÖZÜMLER -2... 444
xiv 17. BÖLÜM: ELEKTROKİMYA A. ELEKTROKİMYA... 449 Aktiflik... 449 İndirgenme ve Yükseltgenme Potansiyeli... 450 B. ELEKTROKİMYASAL PİL... 452 Bir Elektrokimyasal Pilin Çalışma Sistemi... 452 Anot... 453 Katot... 453 Tuz Köprüsü... 453 Pil Denklemi ve Pil Potansiyeli... 454 Pil Potansiyelinin Değişimi... 455 Derişim Pilleri... 457 Derişimin Pil Gerilimine Etkisi-Nerst Denklemi... 458 Redoks Tepkimelerin İstemliliği... 459 C. ELEKTROLİZ... 461 Erimiş NaCI Tuzunun Elektrolizi... 463 NaCI Çözeltisinin Elektrolizi... 464 Kaplamacılık... 465 Elektrolizin Nicel Yönü... 466 ÇÖZÜMLÜ TEST... 469 ÇÖZÜMLER... 474 18. BÖLÜM: ORGANİK KİMYA A. ORGANİK BİLEŞİKLER VE ÖZELLİKLERİ...481 Hidrokarbonlar... 482 Alkanlar (Parafinler)... 482 Alkanların Adlandırılması... 485 İzomer Maddeler... 490 B. ALKANLARIN ELDESİ... 492 1. Würtz Sentezi... 492 2. Grignard Bileşiklerinin Hidrolizi... 492 3. Karboksilli Asit Tuzlarının Dekarboksilasyonu... 493 4. Alkil Halojenürlerin İndirgenmesi... 493 5. Doymamış Hidrokarbonların İndirgenmesi... 493 Sikloalkanlar... 493 C. DOYMAMIŞ HİDROKARBONLAR... 494 Alkenler... 494 Alkadienler... 495 Siklo Alkenler... 495 Alkenlerde İzomeri... 495
xv D. STEREOİZOMERİ... 496 Cis-trans izomerliği... 496 (E) ve (Z) Adlandırma Sistemi... 496 Chan-Ingold-Prelog Öncelik Sıralama Sistemi... 496 Halkalı Bileşiklerde Geometrik İzomeri...497 E. ALKENLERİN TEPKİMELERİ... 498 1. Yanma Tepkimeleri... 498 2. Katılma Tepkimeleri... 498 Alkenlerin Yükseltgenme Tepkimesi... 499 Alkenlerin Yükseltgenmeli Bölünmesi... 499 Polimerleşme Tepkimeleri... 499 Alkenlerin Elde Edilme Tepkimeleri...500 F. ALKİNLER... 501 Alkinlerin Adlandırılması... 501 Alkinlerin Tepkimeleri... 502 Alkinlerin Yükseltgenmeli Bölünmesi... 503 Alkinlere Katılma Tepkimeleri Özet... 503 Alkinlerin Elde Edilme Tepkimeleri... 504 G. ALKOLLER, ETERLER, ALDEHİTLER VE KETONLAR... 505 Alkoller... 505 Alkollerin Adlandırılması... 506 Eterler... 509 Aldehitler ve Ketonlar... 510 H. KARBOKSİLLİ ASİTLER, ESTERLER, KARBONHİDRATLAR, AZOTLU ORGANİK BİLEŞİKLER, AROMATİKLER... 514 Monokarboksilli Asitler... 514 Polikarboksilli Asitler... 514 Karboksilli Asitlerin Adlandırılması...514 Karboksilli Asitlerin Genel Elde Edilme Tepkimeleri... 515 Karboksilli Asitlerin Özellikleri... 516 Karboksilli Asitlerin Kimyasal Tepkimeleri... 516 Esterler... 517 Yağlar... 519 Karbonhidratlar... 520 Azotlu Organik Bileşikler... 521 Aromatik Bileşikler... 522 I. STEREOİZOMERİ... 532 Optik İzomeri (Optikçe Aktiflik)... 532 Asimetrik Karbon Atomu... 532 Simetrik Karbon Atomu... 533 Enantiyomerler ve Rotamerler... 534 Polarize Işık... 534 D ve L Tipi Enantiyomerler... 534 R-S Adlandırma Sistemi... 534 Rasemik Karışım... 535 Birden Fazla Asimetrik Karbon... 535
xvi İki Kiral Karbon Atomlu Bileşiklerde (R) ve (S)Sistemi... 535 Diastereomerler... 536 ÇÖZÜMLÜ TEST -1... 537 ÇÖZÜMLÜ TEST -2... 540 ÇÖZÜMLER -1... 545 ÇÖZÜMLER -2... 547 KAYNAKLAR... 553 19. BÖLÜM: TERMODİNAMİK TERMODİNAMİĞİN 1. KANUNU...559 Sabit Hacim Prosesi...559 Sabit Basınç Prosesi...559 Isı Kapasitesi...559 Adyabatik Proses...559 İzotermal Proses...560 TERMODİNAMİĞİN 2. KANUNU...563 İstemli Olay...563 Carnot Çevrimi...564 TERMODİNAMİĞİN 3. KANUNU...569 ÇÖZÜMLÜ TEST...570 ÇÖZÜMLER...572 20. BÖLÜM: ORGANİK KİMYA EK KONULAR ORGANİK REAKSİYONLAR...577 HALKALI BİLEŞİKLERİN KONFORMASYONLARI...579 Sikloheksanın Konformerleri...580 Aksiyal ve Ekvatoryal Hidrojen Atomları...581 Aksiyal ve Ekvatoryal Hidrojen Atomların Yazılması...582 Metilsikloheksan Konformasyonu...582 Ekvatoryal Metilsikloheksanda Anti Yapılar...583 Cis-Trans Izomerisi ve Konformasyon Yapılar...583 Dimetilsikloheksanın Konformasyonları...585 Hbr ün Anti-Markovnikov Katılması...587 Civa (Ii) Asetat Yardımıyla Su Katılması...587 Alkenlere Boran Katılması...588
xvii Alkenlerden Alkol Sentezinin Özeti...589 Alkenlere Brom ve Klor Katılması...589 Alkenlere Halojen Katılmasının Stereokimyası...589 Halohidrin Oluşumu...590 Alkenlerin Yükseltgenmesi...591 Organohalojenür Bileşikler...595 Alkil Halojenürlerin Adlandırma ve Sınıflandırılmaları...595 Yer Değiştirme ve Ayrılma Tepkimelerine Giriş...595 A. YER DEĞİŞTİRME TEPKİMELERİ...595 B. AYRILMA TEPKİMELERİ...596 C. YARIŞAN TEPKİMELER...596 D. BAZLIĞA KARŞI NÜKLEOFİLLİK...596 S N 2 Tepkimesi...597 Tepkime Mekanizması...597 S N 2 Tepkimesinin Stereokimyası...597 Endotermik Tepkime...598 S N 2 Tepkimesinin Hızı...598 Aktivasyon Enerjisinin Hız ve Ürünlere Etkisi...598 Yapının hıza etkisi...598 S N 2 Tepkimelerinde Sterik Engel...599 S 1 Tepkimesi...599 N S N 1 Tepkimesinin Mekanizması...599 S N 1 Tepkimesinin Stereokimyası...600 S 1 Tepkime Hızı...602 N S N 1 Tepkimelerinde Göreceli Etkinlikler...602 Karbokatyonların Kararlılığı...602 Karbokatyonların Çevrilmeleri...603 S 1 ve S 2 Mekanizmalarının Özeti...603 N N Allil ve Benzil Halojenürlerin Yer Değiştirme Tepkimeleri...604 Allil ve Benzil Halojenürlerin S 1 Tepkimeleri...604 N Alkil Halojenürlerin Ayrılma Tepkimeleri...605 Dehidrojenlemede Kullanılan Bazlar...605 Dehidrohalojenleme Tepkime Mekanizması...605 E2 Tepkimesi...605 E1 Tepkimesi...606 Ayrılmaya Karşı Yer Değiştirme...608 Aminler... 611 Kimyasal Özellikler... 611
xviii Aminlerin Tepkimeleri... 611 Aminlerin Elde Ediliş Yöntemleri...612 Aromatik Nitro Bileşiklerinin Indirgenmesi...613 Aminlerin Bazlığı: Amin Tuzları...613 Arilaminlerin Bazlığı...614 Amonyak ve Amin Türevi Bileşikleri Reaksiyonu...615 Karboksilli Asitlerin Asitlik Kuvvetlerinin Karşılaştırılması...615 Bisiklo Bileşikler...616 Dekalinler...617 Halojenleme Reaksiyonu...618 Haloform Reaksiyonu...618 Aldol Kondenzasyonu (Aldolizasyon)...618 Claisen Kondenzasyonu...619 ÇÖZÜMLÜ TEST...621 ÇÖZÜMLER...624 21. BÖLÜM: SPEKTROSKOPİ TEK IŞIN YOLLU VE ÇİFT IŞIN YOLLU SPEKTROFOTOMETRELERİN FARKI...629 UV - Gb Spektroskop Içinde Kullanılan Işık Kaynağının Özellikleri...630 Monokromatörler...630 UV Gb Spektroskopisinin Teorisi...630 Molekül Orbitalleri...630 Molekül Orbitallerinin (N Hariç) Oluşması...630 UV Gb Bölgesi Için Elektronik Geçişler...630 Elektronik Geçiş Tipleri...630 Organik Moleküllerin Elektronik Geçişleri...630 Kromofor Gruplar...631 Lambert Beer Yasası (Sıvılar Için)...632 Beer Kanunu ndan Sapmalar...632 Kalitatif Analiz...632 Kantitatif Analiz...633 Dalga Boyu Seçimi...633 Absorplamayan Türlerle Ilgili Uygulamalar...633 Absorbansı Etkileyen Değişkenler...633 Absorbans ile Derişim Arasındaki Bağıntının Tayini...633 Absorplayan Maddelerin Karışımlarının Analizi...633 İnfrared Bölge...633 İnfrared (Titreşim) Spektroskopisi...633 Gerilme Titreşiminin Ölçülmesi...634
xix Titreşim Frekansı...634 Soğurma Piklerinin Sayısı...634 Moleküler Titreşim Tipleri...635 Yakın (Near) Infrared Bölge...635 Orta (Middle) Infrared Bölge...635 Uzak (Far) Infrared Bölge...635 Fourier Transform Spektrometre Tipleri...635 Işık Kaynakları...636 Dedektörler...636 Ir Spektrumlarının Alınması Için Yöntemler...636 Kalitatif Analiz...636 Molekülün Parmak İzi...637 NMR (Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi)...638 Proton Nmr ( 1 H-NMR) Spektroskopisi...640 Kimyasal Kayma...641 Karbon-Karbon Çift Bağlarındaki Protonlar...644 Spin Spin Etkileşmeleri (Yarılmalar)...645 Bazı NMR Örnekleri...645 Diğer NMR Teknikleri...647 Kütle Spektroskopisi...651 ÇÖZÜMLÜ TEST...653 ÇÖZÜMLER...656 22. BÖLÜM: İNORGANİK KİMYA KOORDİNASYON BİLEŞİKLERİNDE KİMYASAL BAĞ...661 KRİSTAL ALAN TEORİSİ...661 D-Orbitallerinin Şekli...661 Sekizyüzlü Komplekslerde Kristal Alan Yarılması...662 Metalin D-Orbitalleri Üzerine Ligant Alan Etkisi...662 Sekizyüzlü Komplekslerde Kristal Alan Yarılması...662 Yüksek ve Düşük Spinli Kompleksler...663 Dörtyüzlü Kristal Alan Yarılması...665 Kristal Alan Yarılma Enerjisini Etkileyen Faktörler...667 Jahn-Teller Teoremi...668 Kristal Alan Kuramının Yetersizlikleri...668 Koordinasyon Bileşikleri...669 Atomun Özellikleri...674 Koruma...674 Atomun Büyüklüğü...675 İyonlaşma Enerjisi...676
xx Sertlik ve Yumuşaklık...676 Polarizasyon Gücü ve Polarlanabilirlik: Fajans Kuralları...676 ÇÖZÜMLÜ TEST...677 ÇÖZÜMLER...679 ALAN EĞİTİMİ 1. BÖLÜM: BİLİMSEL YÖNTEM, BİLİMSEL BİLGİ VE KİMYA EĞİTİMİ BİLİM...685 Bilim Nedir?...685 Bilgi Türleri...685 Bilimsel Bilgi...685 Bilim Tarihi...686 Bilim Okuryazarlığı...687 Bilimsel Yöntemler...688 Bilimsel Yöntem Basamakları...688 Problemin Belirlenmesi...688 Kanun (Yasa)...689 Teori (Kuram)...689 ÇÖZÜMLÜ TEST...691 ÇÖZÜMLER...693 2. BÖLÜM: BİLİMSEL SÜREÇ BECERİLER (BSB) BİLİMSEL SÜREÇ BECERİLERİ...697 A) Temel Beceriler...697 B) Nedensel Beceriler...697 C) Deneysel Beceriler...697 D) Temel Beceriler...697 Nedensel Süreçler...698 Deneysel Beceriler...698 ÇÖZÜMLÜ TEST...700 ÇÖZÜMLER...702
xxi 3. BÖLÜM: KİMYA DERSİNİN AMAÇLARI VE KAZANIMLARI TEMEL DÜZEY KİMYA DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMININ GENEL AMAÇLARI...705 TEMEL DÜZEY KİMYA DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMI İLE KAZANILMASI ÖNGÖRÜLEN BECERİLER... 705 Bilimsel Okuryazarlık Temaları...705 İLERİ DÜZEY KİMYA DERSİ ÖĞRETİM PROGRAMI İLE KAZANILMASI ÖNGÖRÜLEN BECERİLER...706 Bilimsel Okuryazarlık Temaları...707 Bilimsel Süreç Becerileri...707 Yaşam Becerileri...707 Bilim, Teknoloji, Toplum, Çevre ve Ekonomi...708 ÇÖZÜMLÜ TEST...709 ÇÖZÜMLER... 711 4. BÖLÜM: ÖĞRENME KURAMLARININ KİMYA ÖĞRETİMİNDEKİ UYGULAMALARI 1. YAPILANDIRMACI (CONSTRUCTIVISM) ÖĞRETİM...715 Bilişsel Yapılandırmacılık...715 Sosyal Yapılandırmacılık...715 5E Öğrenme Modeli...716 2. İŞ BİRLİKLİ ÖĞRENME...717 İş Birlikli Öğrenme Teknikleri...717 3. ANLAMLI ÖĞRENME...717 4. PROBLEME DAYALI ÖĞRENME...717 Problem Çözmede Kullanılan Teknikler...718 Argümantasyon Temelli Öğretim Yönteminde Kullanılan Teknikler...718 5. PROJE TABANLI ÖĞRENME...720 6. SORGULAMAYA DAYALI ÖĞRENME...720 7. ARAŞTIRMAYA (AÇIK-SORGULAYICI) DAYALI ÖĞRENME...721 Araştırmaya Dayalı Öğrenme Tipleri...721 8. KUANTUM ÖĞRENME...722 9. TAM ÖĞRENME...722
xxii 10. AKTİF ÖĞRENME...722 11. ÇOKLU ZEKÂ KURAMI...722 12. BEYİN TEMELLİ ÖĞRENME...723 13. İNFORMAL ÖĞRENME...724 İnformal Öğrenmenin Güçlü Yönleri...724 İnformal Öğrenmenin Sınırlılıkları...725 14. SOYUT İŞLEM DÖNEMDE DÜŞÜNME...725 ÇÖZÜMLÜ TEST...726 ÇÖZÜMLER...728 5. BÖLÜM: KİMYA ÖĞRETİMİNDE LABORATUVAR YAKLAŞIMLARI A. LABORATUVAR YAKLAŞIMLARI...731 B. DENEY ÇEŞİTLERİ...732 1. Kapalı Uçlu Deney Tekniği...732 2. Açık Uçlu Deney Teknikleri...733 ÇÖZÜMLÜ TEST...735 ÇÖZÜMLER...736 6. BÖLÜM: KİMYA ÖĞRETİM YÖNTEM VE TEKNİKLERİ A. KİMYA ÖĞRETİMİNDE EN ÇOK KULLANILAN YÖNTEMLER...739 Eğitimde Drama...739 Örnek Olay...739 Tartışma...739 B. KİMYA ÖĞRETİMİNDE SIKÇA KULLANILAN TEKNİKLER...739 Beyin Fırtınası...739 Rol Oynama...739 Mikro Öğretim...740 Mikro Öğretimin Faydaları...740 Mikro Öğretimin Sınırlıkları...740 Yansıtıcı Düşünme...740 Yaratıcı Düşünme...741 Eleştirel Düşünme...741 Eleştirel Düşünce Özellikleri...741 ÇÖZÜMLÜ TEST...743 ÇÖZÜMLER...746
xxiii 7. BÖLÜM: KAVRAM ÖĞRETİMİ VE KAVRAM YANILGILARININ TESPİTİ KAVRAMLARIN ÖZELLİKLERİ...751 Algılanan Kavramlar...751 Betimlemeli Kavramlar...751 Kuramsal Kavramlar...751 Kavram Öğretimi ve Kavram Yanılgıları...752 Kavram Öğretimi...752 Kavram Yanılgılarının Tespitinde Kullanılan Yöntemler...752 Kavram Ağları...753 Kavram Haritaları...753 Kavram Karikatürleri...754 Kavramsal Değişim Metinleri...754 ÇÖZÜMLÜ TEST...756 ÇÖZÜMLER...757 8. BÖLÜM: ÖLÇME TÜRLERİ, KİMYA ÖĞRETİMİNDE KULLANILAN ÖLÇME YÖNTEMLERİ VE BLOOM TAKSONOMİSİ A. ÖLÇME...761 B. ÖLÇME TÜRLERİ...761 C. BLOOM'UN TAKSONOMİSİNE UYGUN ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...761 Bilişsel Alana Göre Ölçme...761 Bilgi Düzeyindeki Davranışların Ölçülmesi...761 Kavrama Düzeyindeki Davranışların Ölçülmesi...762 Uygulama Düzeyindeki Davranışların Ölçülmesi...762 Analiz Düzeyindeki Davranışların Ölçülmesi...762 Sentez Düzeyindeki Davranışların Ölçülmesi...762 Değerlendirme Düzeyindeki Davranışların Ölçülmesi...763 DUYUŞSAL ALANA GÖRE ÖLÇME...763 PSİKOMOTOR (DEVİNİMSEL) ALANA GÖRE ÖLÇME...764 GELENEKSEL VE ALTERNATİF DEĞERLENDİRME TÜRLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI...764 DEĞERLENDİRME NEDİR?...764
xxiv ALTERNATİF ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME YAKLAŞIMLARI...764 Ürün/Gelişim Dosyası (Portfolyo) Değerlendirme...765 Dereceli Puanlama Yönergesi Anahtarı (RUBRIC)...765 ÇÖZÜMLÜ TEST...768 ÇÖZÜMLER...770 9. BÖLÜM: KİMYA ÖĞRETİMİNDE LABORATUVAR GÜVENLİĞİ LABORATUVAR GÜVENLİĞİNİN ÖNEMİ...773 Laboratuvar Güvenliğini Bozan Etmenler...773 Fiziksel Ortam...773 Kazaların Meydana Gelme Nedenleri...773 Laboratuvar Güvenliği İçin Neler Yapılmalıdır?...774 Bazı Güvenlik ve Uyarı İşaretleri...774 Kimyasalların Riskleri...775 Kimyasal Maddelerin Depolanması...776 ÇÖZÜMLÜ TEST...779 ÇÖZÜMLER...781 KAYNAKLAR...783
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 kuvvetleriyle, kimyasal bağlarla, tepkime hızıyla ve kimyasal dengenin prensipleriyle ve benzeri konularla ilgilenir. Kimyanın ana bilim dallarını ise; 1. Analitik kimya, 2. Anorganik kimya, 3. Organik kimya, 4. Fizikokimya, 5. Biyokimya şeklinde sınıflandırabiliriz. Aslında bu ana bilim dallarına ülkemizde ve yabancı ülkelerde yeni eklemeler yapılmıştır. Örnek Polimer kimyası, nanoteknoloji, biyoteknoloji, yüzey kimyası, biyoorganik kimya vb. alanlar kimyanın yeni ana bilim dallarıdır. Ancak kitabımızın içeriğinde biyokimya ve yukarıda örneklerini 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 meydana gelen olayların nedenlerini araştırmak, bunlara anlamlı açıklamalar 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 inşa ettiler. 3. Savunma ve avlanma ihtiyacı: Hayatta kalabilmek ve hayatı kolaylaştırmak için değişik aletler ürettiler. 4. Isınma ihtiyacı: Ateşi kullanmayı öğrendiler. 5. Günlük hayatı kolaylaştırma ihtiyacı: Demire ve bakıra şekil vermeyi keşfettiler. 6. Giyinme ihtiyacı: Avladıkları hayvanların derilerinden elbiseler ürettiler. 7. Dış görünüşü değiştirme çabası: Güzelleşmek ve dış görünüşlerini daha güzel göstermek için değişik boyaları ürettiler ve kullandılar. 8. Değişik tatları kullanma ve gıdaları 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 cıvayı 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 görünümdeki 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 gazdır (hava). 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; 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 Toprak Soğuk Şekil: Aristo'nun Element Sınıflandırması Orta Çağ'da Kimya Orta Çağ'daki kimyacılar ki bunlara simyacılar (alşimistler) da denir, yeni bir teori geliştirdiler. Bütün deneysel çalışmalarını bu teoriye dayandırdılar. Onlar şuna inanıyorlardı: İnsanlar 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 simyacılar 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 hâlâ 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 aşağıdakiler verilebilir. 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) Hristiyanlığın 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 kimyanın 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 ağırlığındaki 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 un (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 un 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 oksitlerin, oksijen ile metallerin tepkimeye girerek oluşturdukları bileşikler olduğunu kanıtlamıştır. Kapalı kaplarda yaptığı deneylerle bir kimyasal tepkime sırasında maddenin kütlesinin 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. Lavoisier in bu yasası Einstein ın 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 söylerken 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 stokiyometrinin (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 element ile 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 kimyayı incelemeye 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 Systeme 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) Birimleri 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