Genel Kimya-I. Ed tör: Hüsey n BAĞ. 8. Baskı

Transkript

1 Genel Kimya-I Ed tör: Hüsey n BAĞ 8. Baskı

2 Editörler: Prof. Dr. Hüseyin Bağ GENEL KİMYA - I ISBN DOI / Kitap içeriğinin tüm sorumluluğu yazarlarına aittir. 2017, PEGEM AKADEMİ Bu kitabın basım, yayım 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. Pegem Akademi Yayıncılık, 1998 yılından bugüne uluslararası düzeyde düzenli faaliyet yürüten uluslararası akademik bir yayınevidir. Yayımladığı kitaplar; Yükseköğretim Kurulunca tanınan yükseköğretim kurumlarının kataloglarında yer almaktadır. Dünyadaki en büyük çevrimiçi kamu erişim kataloğu olan WorldCat ve ayrıca Türkiye'de kurulan Turcademy.com ve Pegemindeks.net tarafından yayınları taranmaktadır, indekslenmektedir. Aynı alanda farklı yazarlara ait 1000 in üzerinde yayını bulunmaktadır. Pegem Akademi Yayınları ile ilgili detaylı bilgilere adresinden ulaşılabilmektedir. 1. Baskı: Ekim 2006, Ankara 8. Baskı: Eylül 2017, Ankara Yayın-Proje: Ümit Dilaver Dizgi-Grafik Tasarım: Tuğba Kuşcuoğlu Kapak Tasarımı: Pegem Akademi Baskı: Vadi Grup Ciltevi A.Ş. İvedik Organize Sanayi 28. Cadde 2284 Sokak No:105 Yenimahalle/ANKARA ( ) Yayıncı Sertifika No: Matbaa Sertifika No: İletişim Karanfil 2 Sokak No: 45 Kızılay / ANKARA Yayınevi: Yayınevi Belgeç: Dağıtım: Dağıtım Belgeç: Hazırlık Kursları: İnternet: E-ileti: pegem@pegem.net

3 ÖN SÖZ Bu ders kitabı, Eğitim Fakülteleri Fen Bilgisi Öğretmenliği Bölümü öğrencileri için, YÖK ün öğretim yılında uygulamaya koyduğu yeniden yapılandırma programı müfredatına uygun olarak Genel Kimya I dersine yönelik olarak hazırlanmıştır. Ayrıca, aynı program kapsamında yer alan Eğitim Fakülteleri İlköğretim Matematik Öğretmenliği Bölümü öğrencileri için Kimya I derslerine yönelik de ders kitabı olması hedeflenmiştir. 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

4 BÖLÜMLER VE YAZARLARI 1. BÖLÜM: Maddenin Özellikleri ve Ölçümü Yrd. Doç. Dr. Hilmi Erten, Fırat Üniversitesi Eğitim Fakültesi 2. BÖLÜM: Stokiyometriye Giriş Doç. Dr. Abuzer Akgün, Adıyaman Üniversitesi Eğitim Fakültesi 3. BÖLÜM: Atomun Elektronik Yapısı Prof. Dr. Giray Topal, Dicle Üniversitesi Eğitim Fakültesi 4. BÖLÜM: Periyodik Sistem Prof. Dr. Giray Topal, Dicle Üniversitesi Ziya Gökalp Eğitim Fakültesi 5. BÖLÜM: Kimyasal Bağlar Yrd. Doç. Dr. Gamze Dolu, Balıkesir Üniversitesi Necatibey Eğitim Fakültesi 6. BÖLÜM: Moleküler Geometri ve Hibridleşme Doç. Dr. Bülent Pekdağ, Balıkesir Üniversitesi Necatibey Eğitim Fakültesi 7. BÖLÜM: Gazlar Yrd. Doç. Dr. Gamze Dolu, Balıkesir Üniversitesi Necatibey Eğitim Fakültesi Dr. Handan Ürek, Balıkesir Üniversitesi Necatibey Eğitim Fakültesi 8. BÖLÜM: Maddenin Yoğun Halleri: Sıvılar ve Katılar Prof. Dr. Hale Bayram, Marmara Üniversitesi Atatürk Eğitim Fakültesi

5 İÇİNDEKİLER Önsöz... iii İçindekiler...v 1. BÖLÜM MADDENİN ÖZELLİKLERİ VE ÖLÇÜMÜ (ss: 1-40) Kimya ve Amacı...1 Bilimsel Yöntem...2 Kimya Laboratuvarı...3 Maddenin Ölçülmesi: SI (Metrik) Birimleri...5 Türetilmiş Birimler...9 Bilimsel Ölçümlerde Belirsizlik...9 Anlamlı Rakamlar...11 Madde...14 Maddelerin Ortak Özellikleri...15 Maddelerin Fiziksel Özellikleri...16 Maddelerin Kimyasal Özellikleri...22 Maddenin Halleri...22 Maddedeki Değişmeler...24 Maddenin Sınıflandırılması...24 Kimyasal Yasalar...36 Değerlendirme Soruları BÖLÜM KİMYASAL DENKLEMLER VE HESAPLAMALAR (ss: 41-70) Giriş...41 Kimyasal Tepkime Türleri...43 Birleşme Tepkimeleri...43 Ayrışma Tepkimeleri...44 Yer Değiştirme Tepkimeleri...44 Yanma Tepkimeleri...45 Çökelme Tepkimeleri...45

6 vi Genel Kimya-I Nötralleşme Tepkimeleri...47 Yükseltgenme-İndirgenme Tepkimeleri...48 Bağıl Atom Kütlesi...48 Ortalama Atom Kütlesi...49 Mol Kavramı...50 Bileşiklerin Yüzde Bileşimi...54 Kimyasal Formüllerin Bulunması...54 Kimyasal Hesaplamalar...58 Değerlendirme Soruları BÖLÜM ATOMUN YAPISI VE ATOMLARDA ELEKTRONLAR (ss: ) Atomun Yapısı...71 Atomaltı Parçacıklar ve Atom Çekirdeği...76 Atom ve Kütle Numaraları...82 Atomlarda Elektronlar...87 Değerlendirme Soruları BÖLÜM PERİYODİK CETVEL (ss: ) Tarihçe Modern Periyodik Tablo Grup ve Periyot Bulma Periyodik Özellikler Atom Çapı ve İyonik Çap İyonlaşma Enerjisi Elektron İlgisi Elektonegatiflik Metalik ve Ametalik Özellik Oksitlerin Bazlık Asitlik Özelliği Değerlendirme Soruları

7 İçindekiler vii 5. BÖLÜM KİMYASAL BAĞLAR (ss: ) Giriş Elektronegatiflik İyonik Bağ Kovalent Bağ Tekli ve Çoklu Kovalent Bağlar Metalik Bağ Van der Wools Bağları Değerlendirme Soruları BÖLÜM MOLEKÜLER GEOMETRİSİ VE MELEZLEŞME (ss: ) Giriş Değerlik-Kabuğu Elektron-Çifti İtmesi (VSEPR) Kuramı İki Elektron Çifti Üç Elektron Çifti Dört Elektron Çifti Beş Elektron Çifti Altı Elektron Çifti Dipol Moment ve Molekül Geometrisi Değerlik Bağ Kuramı Atom Orbitallerinin Melezleşmesi Çoklu Kovalent Bağlar Değerlendirme Soruları

8 viii Genel Kimya-I 7. BÖLÜM GAZLAR (ss: ) Giriş Gazların Kinetik Teorisi Gaz Basıncı Gaz Basıncının Ölçülmesi Gaz Yasaları İdeal Gaz Denklemi Dalton Kısmi Basınçlar Yasası Gazların Yayılma Hızı (Difüzyon) ve Yayınımları (Efüzyon) Kimyasal Tepkimelerde Gazlar Gerçek Gazlar Buhar Basıncı Değerlendirme Soruları BÖLÜM MADDENİN YOĞUN HÂLLERİ: SIVILAR VE KATILAR (ss: ) Sıvılar Yüzey Gerilimi Viskozite Katılar Katıların Yapılarının Tayini Kristal Türleri Faz Değişimleri Buhar Basıncı Isınma ve Soğuma Eğrileri Faz Diyagramları Değerlendirme Soruları Kaynakça Değerlendirme Soruları Cevap Anahtarı

9 1. BÖLÜM MADDENİN ÖZELLİKLERİ VE ÖLÇÜMÜ KİMYA VE AMACI Doğal ve sosyal çevresi ile sürekli etkileşim içinde olan insanoğlu çevresinde bulunan maddelere karşı ilgi duymuştur. Evrendeki her şey maddenin farklı hallerinden oluşmuştur. Doğal çevremize baktığımızda çevreyi saran bir çok maddelerin farklı formlarda olduklarını görürüz. Fen bilimleri doğadaki varlıkları ve olayları bilimsel yöntemlerle açıklamaya çalışır. Fen bilimlerindeki fizik, kimya, jeoloji, astronomi gibi bilimler cansız doğa ile biyoloji, botanik, zooloji, anatomi v.b. gibi bilimlerde canlı doğa ile uğraşır. Kimyanın temel konusu madde olup; maddelerin bileşimlerini, maddelerin birbirleriyle olan etkileşimlerini ve bu etkileşimler sonucunda oluşan yeni maddeleri bilimsel yöntemlerle açıklamaya çalışan bir bilim dalıdır. Fen ve teknoloji alanında insanın hayatını kolaylaştıran birçok yenilikte kimyanın etkisini görmek mümkündür. Bugün giyecek ve yiyecek olarak kullandığımız maddelerin büyük çoğunluğu kimyasal niteliklidir. Vitaminler, proteinler, boyar maddeler, ilaçlar, plastik maddeler, temizlik malzemeleri, piller, süper iletken ve yarı iletken maddeler, hafif kaplama ve ağır endüstriyel ürünler kimyanın bize sunduğu harika maddelerdir. Ayrıca; genetik biliminin açıklanması, çelikten daha dayanıklı fakat çelikten daha hafif polimer maddelerinin yapılması, uzay yakıtı ve bioyakıt üretimi, daha ucuz ve daha verimli nükleer enerji üretimi, kalp pillerinin yapımı, geniş hafızalı bilgisayar üretimi gibi teknolojik gelişmeler hayatımızı kolaylaştıran Kimya Teknolojisinin ürünleridir. Kimya diğer bilim dallarını da ilgilendirdiğinden merkez bilimi olarak da bilinir. Kimya teknolojisinin gelişmesi insanlara sayısız

10 2 Genel Kimya-I faydalar sağlarken birtakım sorunları da beraberinde getirmiştir. Hava, su, toprak kirliliği, radyoaktif atıklar, ozon tabakasının delinmesi teknolojik gürültüler biyolojik ve nükleer silahlar teknolojik gelişmelerin oluşturduğu başlıca sorunlardır. Kimyanın bir çok bilim dalı vardır. Bunlar; Tablo 1.1: Kimyanın Bazı Bilim Dalları Bilim Alanı Çalışma Alanı Örnek Organik Karbon bileşikleri Polimerler, ilaçlar, deterjanlar Kimya İnorganik Kimya Karbon içermeyen bileşikler Metal, mineral ve kompleks bileşikleri Analitik Kimya Madde bileşimi, miktarı ve ölçümü Eser analiz ve kalite kontrol Biyokimya Madde ve canlı organizma Metabolizma, dializ, fermantasyon Kimyanın fiziksel yasalarla Tepkime hızı, denge Fizikokimya incelenmesi Kimya gelişimini tamamlamış bir bilim olmakla birlikte maddenin iç yapısı yanıtlanmamış sorular ve açıklanmamış olaylarla doludur. Modern teknoloji olağanüstü özellikler taşıyan yeni maddeleri gerektirdiği için kimyacılar da bu maddelerin sentezi için yeni yöntemler geliştirmelidirler. BİLİMSEL YÖNTEM Bilimde ilerleme sağlayabilmek için bilim adamları belirli bir yöntem uygularlar. Bu yöntem, doğru soruların sorulması, doğru yanıtları vermek için doğru deneylerin tasarlanması ve buluşların mantıklı açıklamalarla yorumlanmasını içerir. Bu anlamda bilimsel ve teknolojik kültür için işleyen beyin yeteneği ve çalışan el becerisinin olması gerekir. Bilim; bir alandaki varlıkları ve olayları inceleme, açıklama, onlara ilişkin genelleme ve ilkeler bulma ve bu ilkeler yardımıyla gelecekteki olayları kestirmek gayretleridir. Bilim adamlarının araştırma yaparken izlediği yollar bilimsel yöntemlerdir. Bilimsel bilgi doğal olayların açıklanmasında bazen de gelecekteki olayların önceden tahmin edilmesinde kullanılabilir. Bilimsel yöntem, 17. yüzyılda Galileo Francis Bacon, Robert Boyle ve İsaach Newton gibi kişilerle başlamıştır. Başarılı bir bilim adamı her şeyden önce merak doludur ve çevresindeki dünya ile büyülenmiş haldedir. Bilim adamı iyi bir gözlem-

11 Maddenin Özellikleri ve Ölçümü 3 cidir ve gözlemlerden elde ettiği verileri mantıksal düşünceyi ısrarla uygular. Bir genelleme yada doğal yasa, bir modelin oluşmasına yetecek kadar gözlemler yapıldıktan sonra formülleştirilir. Doğal yasalar doğanın gerçeklerinin kısa ve çoğunlukla matematiksel olarak ifadeleridir. Bir bilim adamı, doğal yasadan çıkarılan sonuçların deneysel sonuçlarla uygunluğunu görebilmek için doğal yasayı, deney olarak bilinen kontrollü bir çalışmayla analiz etmelidir. Varsayım (hipotez) bir doğal yasanın geçici bir açıklamasıdır. Eğer bir varsayım deneysel sonuçlarla tekrar ifade edilebilirse teoriye dönüşür. Teori; doğal olayları açıklamak ve bunlara ilişkin daha fazla öngörülerde bulunmak için kullanılan bir model yada doğaya bakış tarzıdır. Bilimsel araştırmalarda kullanılan bilimsel yöntemlerin akış şeması aşağıda verildiği gibidir. Gözlem Varsayım Teori Bilimsel Yasa Şekil 1.1: Bilimsel yöntemin akış şeması Bilimde bazen rastlantıların da payı olduğu görülmüştür. Örneğin X-ışınları, radyoaktiflik, penisilin, vulkanize kauçuk gibi birçok buluşlar rastlantı eseridir. KİMYA LABORATUVARI Kimya bilimi, maddenin gizemli gerçeklerini bilimsel yöntemlere uygun bir şekilde açıklayabilmek için laboratuar çalışmalarına başvurur. Bu anlamda öğrenci laboratuar çalışması, çoğunlukla öğrencilerin zihinlerinde oluşturdukları bilginin kullanımını ve sahip oldukları bilgiden yola çıkarak yeni bilgiye ulaşmalarını sağlayacak şekilde olup, araştırmaya dayalı türdendir. Laboratuarlarda, deneyler; öğrenilmesi gereken konunun gerektirdikleri, öğrenci grubunun özellikleri ve araç-gereç imkanları doğrultusunda üç değişik türden yapılabilir. Bunlar; 1. Kapalı Uçlu Deneyler 2. Açık Uçlu Deneyler 3. Hipotez Test Etme Deneyleri Kapalı Uçlu Deneyler: Kimya bilimlerinde verilen bilgilerin doğruluğunun araştırılması şeklinde düzenlenmiş deneylere kapalı uçlu deneyler denir. Kapalı uçlu deneyler bilimdeki gerçeklerin yeniden ispatlanmasına yöneliktir.

12 4 Genel Kimya-I Bu deneylerin nasıl yapılacağı, laboratuar kılavuz kitapları veya öğretmen tarafından adım adım belirtilerek açıklanır. Yapılacak deneylerle hangi sonuca ulaşılacağı ayrıntılarıyla belirtilir. Ulaşılan sonuç, beklenilen sonuçla karşılaştırılır. Beklenen sonuçla ulaşılan sonuç aynı ise deney tamamlanır ve rapor edilir. Şayet beklenen sonuç gerçekleşmemişse, bu sonuca ulaşıncaya kadar deneylere devam edilir. Bu teknik yaratıcılık yeteneğini geliştirmez. Özellikle yetenekli öğrenciler için bu teknik sıkıcı olabilir. Çok zaman alıcı bir tekniktir. Açık Uçlu Deneyler: Bu tür deneylerde, öğrencilerin, bilim adamları gibi çalışarak, bilmedikleri birtakım bilgileri yeniden bulup ortaya çıkarmaya çalışmaları hedeflenir. Kapalı uçlu deneyler gibi, deneyin sonucu önceden belirgin değildir. Öğrenciler deneyin nasıl yapılacağını ve işlem sırasını kılavuz kitaplardaki açıklamaları okuyarak veya oradaki resimleri inceleyerek öğrenirler. Deneyde kullanılacak araç ve malzemeler laboratuarda hazır tutulur. Öğrenci, deney için gerekli olan araç ve malzemeleri buradan alarak, işlem sırasına göre deneyi uygular ve birtakım veriler alır. Alınan veriler, yine öğrenciler tarafından yorumlanarak bir genellemeye gidilir. Hipotez Test Etme Deneyleri: Bu teknik, daha çok öğrencilerin bireysel çalışmalarını gerektirir. Öğrenci kendi kurduğu veya kurulmuş olarak verilen hipotezin doğru olup olmadığını kontrol etmek için deneyler tasarlar. Bu deneyler için gerekli düzenekleri kurar; deneyleri yapar. Gerekli gözlemleri ve ölçmeleri yaparak kaydeder; verileri işler; bulguları ortaya koyar ve yorumlar. Deneylerin sonucuna göre hipotezin doğru veya yanlış olduğuna karar verirler. Hipotez doğru ise, yeni bir bilgi edinilmiş olur ve genelleyerek hipotezin kapsamı genişletilir. Eğer denemeler sonucu verilen veya kurulan hipotezin yanlış olduğuna karar verilirse, hipotez reddedilerek yeni bir hipotez kurulur ve bu hipoteze ait deneyler düzenlenerek veriler toplanır. Bu üç deney türü, sunuluş, işleyiş ve gerektirdiği laboratuar koşulları bakımından temel farklılıklar gösterir. Bu farklılıklar kimya öğretiminde laboratuarın beş temel yaklaşımla yürütülmesinin nedenidir. Laboratuar yaklaşımları; 1. Doğrulama veya tümdengelim yaklaşımı 2. Tümevarım yaklaşımı 3. Bilimsel süreç becerileri yaklaşımı 4. Teknik beceriler yaklaşımı 5. Buluş esasına dayalı yaklaşım