Anadolu Üniversitesi’nin Açık Öğretim Fakültesi’nde yer alan bu kitap tam bir başvuru kaynağı. Biraz daha örnek problemler arttırılabilseydi daha iyi olurdu. Daha önce kimya görmemiş birileri için biraz daha basitten zora gidilebilirdi. Tarım Bölümü’nde bir zamanlar zorunlu ders olarak okutulan Genel Kimya artık seçmeli ama gene de birçok temel kavramın bilinmesi için bu dersin belki biraz daha kitap elden geçirilerek okutulmaya başlanabilir.
Burada yer verdiğim bilgiler, benim ilgimi çeken konular, ileride bir gün buraya baktığımda bana birkaç konuyu hatırlatacak anahtar terimler ve bilgiler. Kitap 295 sayfa, 2017 basımı.
Yazarlar şu şekilde:
Doç Dr. Yasemin Çimen 1. Ünite
Prof.Dr. Deniz Hür 2. Ünite
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin Berber 3. Ünite
Prof. Dr. Hakan Dal 4. Ünite
Prof. Dr. İbrahim Kani 5. Ünite
Yrd. Doç. Dr Bilge Erdem 6. Ünite
Doç.Dr. Filiz Yılmaz 7. Ünite
Prof. Dr. Hayrettin Türk 8. Ünite
Doç. Dr. Murat Erdem 9. Ünite
Prof. Dr. Adnan Özcan 10. Ünite
Prof. Dr. Asiye Safa Özcan 11. Ünite
1. Ünite Madde, Atomlar, Moleküller ve İyonlar
Madde; Boşlukta yer kaplayan ve kütlesi olan herşeydir.
En az iki maddenin kendi özelliklerini kaybetmeden oluşturduğu yapı karışımdır. Karışımlar fiziksel yöntemlerle saf maddelere ayrılırlar.
Element; aynı tür atomlardan oluşan ve kimyasal yöntemlerle daha basit maddelere ayrılamayan maddelerdir.
Şekerli su bir karışımdır, su ise bir bileşiktir.
Bir elementin atom numarası, o elementin atomlarında bulunan proton sayısıdır. Kütle numarası ise proton ve nötron’un toplamıdır.
Moleküller, en az iki atomun kimyasal bağ denilen bir kuvvetle belli bir düzen içinde bir araya gelmesi ile oluşur.
İyonlar, pozitif veya negatif yüklü atom veya atom gruplarıdır. Atomlar tarafından bir veya daha fazla elektronun verilmesi veya alınması ile oluşurlar. Pozitif yüklülere katyon, negatif yüklülere anyon denir(Sayfa 15).
Bu bölümde ayrıca anorganik bileşiklerin adlandırılması ve uluslararası birim sistemlerinden de bahsedilmektedir.
Sıfır K, mutlak sıfır da denilen en düşük sıcaklık olup, hiçbir zaman erişilemez. Kelvin ölçeğindeki mutlak sıfır, Celsius ölçeğindeki -273,15 Cye eşittir.( Sayfa 20)
2. Ünite Kimyasal Tepkimeler ve Stokiyometri
Kimyasal tepkimeler dört ana grupta toplanabilir: Sentez tepkimeleri, ayrışma tepkimeleri, yer değiştirme tepkimeleri ve iyonik tepkimeler.
Bu bölümde ayrıca atom kütlesi, mol kavramı, avogadro sayısı, kütle yüzdesi, sınırlayıcı bileşen ve tepkime veriminden de bahsedilmektedir.
Atom kütlesi için bağıl bir ölçek kullanılır. Atom kütle standardı için karbon-12 atomu seçilmiş olup, bu izotopun atom kütlesi 12 atom kütle birim olarak kabul edilmiştir. 12 akb( Sayfa 36). Atomun kütlesinin çok küçük bir değer olması ve bir elementin veya bileşiğin çok küçük örneklerinde bile çok büyük sayıda atom veya molekül olması nedeniyle mol kavramı geliştirilmiştir. Tam olarak 12 gram karbon-12 izotopu içeren bir örnekte 6,02214179x 10 üzeri 23 tane atom bulunur ve bu sayıya Avogadro sayısı denir. Avogadro sayısı kadar atom veya molekül içeren herhangi bir maddenin miktarı 1 mol olarak kabul edilmiştir. 1 mol maddenin kütlesine mol kütlesi denir ve birimi g/mol’dur.
Stokiyometri, bir tepkimedeki tüm bileşenler( tepkenler ve ürünler) arasındaki mol, kütle veya hacim cinsinden madde miktarı ilişkisine denir.
3. Ünite Termokimya
Kimyasal tepkimeler sırasında tepkenlerdeki bağların bir kısmının veya tamamının kırılması enerji gerektirirken, ürünlerin oluşumu sırasında yeni bağların oluşması ise enerji açığa çıkarır. Kimyasal tepkimeler sırasında gerçekleşen enerji değişimlerini inceleyen bilim dalına termokimya denir. Enerji iş yapma kapasitesi veya ısı verme kapasitesi olarak tanımlanır. İş kütlesi olan bir cismi hareket ettiren enerjidir ve kısaca kuvvet X yol olarak tanımlanabilir( Sayfa 55).
Isı yüksek sıcaklık bölgesinden düşük sıcaklık bölgesine transfer olan bir enerjidir. Isı bir cismin sıcaklığının artmasına neden olan enerjidir. Cisimler iki tür enerjiye sahip olabilirler, kinetik enerji- hareket enerjisi ve potansiyel enerji- bir cismin konumunda dolayı sahip olduğu depolanmış enerji (Sayfa 56)
Termodinamiğin birinci yasası enerjinin korunumu yasasıdır ve enerjinin yoktan var, vardan yok edilemeyeceğini ancak bir halden başka bir hale dönüşebileceğini söyler.
Ekzotermik süreç ısı veren bir süreçtir, yani bu süreçte çevreye ısı verilir. Endotermik bir süreçte ısı absorblanır yani çevreden sisteme ısı verilir. Tüm buharlaşma ve erime olayları endotermiktir. Yoğunlaşma ve donma olayları ise ekzotermiktir.
Bölümde termokimyanın konularından kalorimetre ve tepkime entalpisi de anlatılmaktadır.
4. Ünite Atomun Elektronik Yapısı ve Periyodik Çizelge
1873 yılında Maxwell ışığın elektromagnetik dalgalardan oluştuğu kuramını ortaya atmıştır, bu kurama göre elektromagnetik ışıma birbirine dik elektrik ve magnetik alan bileşenlerine sahip olup dalgalar halinde enerjiyi yarar ve iletir. Işımada enerjinin uzayda yayımlasıdır ve iletici ortam gerektirmez, ışık ise elektromagnetik ışımanın gözle görülür bölümüdür.
Siyah cisim ışıması ve fotoelektrik etkinin klasik fizik ile açıklanamaması üzerine kuantum kuramı öne sürülmüştür. Max Planck’ın kuramına göre enerji de aynı madde gibi sürekli değildir, yani kesiklidir. Planck elektromagnetik enerjinin soğurulan ve yayımlanan em küçük miktarını kuantum olarak adlandırmıştır( Sayfa 81).
Elektromagnetik ışımanın toplam enerjisini oluşturan enerji paketlerinden her birine foton denir.
Fotoelektrik etki, bir metal yüzeyine ışıma yapıldığında ancak belirli bir frekanstan daha büyük frekanslarda metal yüzeyindeki elektronların koparılabilmesi olayıdır.
Bölümde yer alan diğer konular atom spektrumları, Bohr hidrojen atom kuramı, dalga fonksiyonları, kuantum sayıları, orbitallerin enerji seviyeleri, elektron dizilimleri ( Pauli Dışarlama İlkesi- Hund Kuralı- Aufbau İlkesi)ve elementlerin periyodik ( Periyot boyunca, soldan sağa gidildikce proton sayısı artarken, atom yarı çapı azalır, grupta ise yukarıdan aşağıya gidildikçe atom yarı çapı artar. Katyonlar oluşturdukları atomlardan daha küçük yarıçaplara sahiptirler)özellikleridir.
5. Ünite Kimyasal Bağlanma
“Periyodik çizelgede VIIIA olarak bilinen soy gazlar, tek atomlu yapılardır ve son kabukları elektronlar tarafından tamamen doldurulmuştur. Bu nedenle farklı atomlarla normal koşullarda tepkimeye girmezler yani kimyasal bağ oluşturmazlar. Diğer elementlerin atomları da elektron dizilimlerini soy gaz atomlarının elektron dizilimine benzetecek kararlı yapılar oluşturma eğilimindedirler. Bu yaklaşım Lewis kuramı olarak tanımlanır.” Sayfa 107.
“Elektronlar bir atomdan diğerine aktarılabilir. Bu durumda oluşan artı ve eksi yüke sahip iyonlar elektrostatik etkileşimle birbirlerini çekerler ve iyonik bağ oluşur.
Bir atomun değerlik elektronlarından bir veya birkaçı atomlar arasında ortaklaşa kullanılabilir. Bu durumda oluşan bağa ise kovalent bağ denir.” Sayfa 108
Katyon atom elektron verdiğinde, anyon ise atom elektron aldığında oluşur.
Kovalent bağ türleri şunlardır; apolar, polar ve çoklu kovalent bağ.
Bu bölümde ayrıca rezonans, formal yük gibi kavramlar ile, Oktet Kuralından Sapmalar ( tek sayıda elektron içeren yapılar, okteti tamamlamayan yapılar ve okteti aşan yapılar) Bağ Enerjisi ( Atomlar, kimyasal bağ yapmak üzere bir araya geldiğinde enerji açığa çıkar ve bu oluşan bağın kırılması gerektiğinde de aynı miktar enerjinin soğurulması gereklidir. Kimyasal bağ enerjisi, gaz halindeki bir molekülde atomlar arasındaki bağı kırmak için gerekli enerjidir) ve Molekül Geometrileri konularına da yer verilmiştir.
6. Ünite Gazlar
Bu bölümde gazların özelliklerinden, gaz basıncından, gaz yasalarından, gaz karışımlarından, gazların kinetik kuramından ve gerçek gazlardan bahsedilmektedir.
Gazların fiziksel durumunu belirleyebilmek için sıcaklık( T), basınç ( P), hacim ( V) ve madde (gaz) miktarı (n) olmak üzere dört değişkenden üçünün bilinmesi gereklidir.
Boyle yasası sabit sıcaklıkta bir gazın basıncı ile hacminin çarpımı sabittir demektedir ( sayfa 143), yani basınç ve hacim arasında ters ilişki vardır.
Charles yasası, sabit basıç altında belli bir miktar gazın hacmi mutlak sıcaklıkla doğru orantılı olarak değişir demektedir ( Sayfa 145)
Avogardo yasası, aynı sıcaklık ve basınçta bulunan iki farklı gazın eşit hacimleri, eşit sayıda atom veya molekül içerir demektedir ( Sayfa 146)
Birleşik gaz yasası ise, belli bir miktardaki gazın ilk halindeki sıcaklığı, hacmi ve basıncı ile o gazın bir başka halde basınç, sıcaklık ve hacim değişkenlerinden ikisi biliniyorsa üçüncüsü belirlenebilir( Sayfa 147).
İdeal gaz, ideal gaz denklemine uyan davranış gösteren hipotetik bir gazdır. Genel olarak ideal gazlar;
molekülleri veya atomları arasında itme ve çekme kuvvetlerinin olmadığı
moleküllerinin veya atomlarının öz hacimlerinin olmadığı varsayılan gazlardır( Sayfa 148).
Dalton’un Kısmi Basınçlar Yasası olarak bilinen yasaya göre; ideal bir gaz karışımının toplam basıncı, karışımı oluşturan her bir gazın kısmi basınçlarının toplamına eşittir.
Rastgele hareket eden farklı tür gaz taneciklerinin birbirleri içerisinde çarpışma yaparak dağılmasına difüzyon denilmektedir.Küçük mol kütleli gazlar, büyük mol kütleli gazlara göre daha hızlı yayılım gösterirler( Sayfa 154-155)
Gaz taneciklerinin birbirleriyle çarpışmaksızın küçük bir delikten boşluğa yayılması ise efüzyondur (Sayfa 154).
Gerçek gazlar düşük basınç ve yüksek sıcaklıklarda idealliğe yaklaşırlar( Sayfa 157)
7. Ünite Moleküllerarası Kuvvetler, Sıvılar ve Katılar
Bu bölümde moleküllerarası kuvvetler, sıvıların özellikleri, faz değişimleri, sıvıların buhar basıncı, faz diyagramları ve katılar ele alınmıştır.
Kimyasal bağlar moleküllerde atomları bir arada tutan kuvvettir. Molekülleri bir arada tutan ve moleküllerin oluşturduğu maddenin birçok özelliğinden sorumlu olan bu kuvvetlere moleküllerarası kuvvetler denir. Moleküller arası kuvvetler kimyasal bağların kuvvetine göre oldukça zayıftır. 3 çeşit moleküllerarası kuvvet bulunabilmektedir;
-Dipol-dipol
-London kuvvetleri
-Hidrojen bağı
Sıvıların özelliklerinde, viskozite( Bir sıvının akmaya karşı gösterdiği direnç) ve yüzey gerilimine yer verilmiştir.
Bu bölümde yer alan diğer konular, faz değişimleri, sıvıların buhar basıncı, faz diyagramları, katılardır.
Katılar kristal veya amorf yapıda bulunurlar. Kristal bir katı, belirli pozisyonlarda bulunan atom, iyon veya moleküllerinden oluşur. Bunlar belirli sıcaklıkta erir, çoğu oldukça parlaktır. Şeker, buz, tuz, elmas, kuvartz vs örnek olarak verilebilir. Amorf katılar ise düzensiz yapıdadırlar, belirli şekilleri ve erime noktaları yoktur, örnek olarak kauçuk, cam, plastik verilebilir( Sayfa 176)
Partiküller arasındaki kuvvetlerin türüne göre katılar; metalik katılar( erime ve kaynama noktaları yüksektir.), iyonik katılar( Sert ama kırılgandırlar, örnek tuz), moleküler katılar( erime noktaları düşük ve yumuşaktırlar) ve kovalent yapılı katılar ( atomlar komşularıyla elektronlarını ortak kullanırlar, bu bağlar katıları oldukça sert yapar, erime noktaları yüksektir, örnek: elmas) olarak sınıflandırılır( Sayfa 181)
8. Ünite Çözeltilerin Fiziksel Özellikleri
Bu bölümde çözeltiler, derişim birimleri, sıvı çözeltilerin buhar basıncı ve koligatif ( tanecik) özelliklerden bahsedilmektedir.
Homojen karışımlara çözelti denir. Moleküllerarası etkileşim kuvvetleri benzer olan maddeler birbiri içinde çözünme eğilimindedirler.
İyonik maddelerin sudaki çözünürlüğü artan sıcaklıkla genellikle artar.
Henry yasası, sabit sıcaklıkta çözelti üzerindeki gazın kısmi basıncı ile gazın çözünürlüğünün doğru orantılı değiştiğini ifade eder( Sayfa 195). Bir içecek yüksek CO2 basıncı altında şişelenerek gazlı içecek haline getirilir. Şişe açıldığı zaman çözelti içindeki CO2’nin kısmi basıncı azalır. Buna bağlı olarak da CO2nin çözünürlüğü azalır ve CO2 kabarcıklar şeklinde çözeltiden ayrılır( Sayfa 212).
1 ppmlik çözelti, 1 kg çözeltide 1 mg çözünen madde içerir( Sayfa 197)
Molarite çözünen mol sayısının, çözelti hacmine ( L) oranıyken, molalite, çözünen mol sayısının çözücü kütlesine( kg) oranıdır.
9. Ünite Kimyasal Kinetik
Kimyasal kinetik, bir tepkimede tepkenlerin ürünlere döönüşümü sırasında gidilen yolda ne olduğuyla ve dönüşümün ne kadar hızlı olduğuyla ilgilenen kimyanın bir alanıdır. Bölümde yer alan ana başlıklar şu şekildedir: tepkime hızı, derişimin tepkime hızına etkisi: hız ifadesi ve tepkime derecesi, derişimin zamana göre değişimi, etkinleşme enerjisi, tepkime mekanizması, kataliz.
“Enzimler, canlı organizmalardaki tepkimelerin çok hızlı gerçekleşmesini sağlayan çok etkin katalizörlerdir. Enzimler de tıpkı diğer katalizörler gibi katalizledikleri tepkimenin daha düşük etkinleşme enerjisi gerektiren farklı bir mekanizma üzerinden yürümesini sağlarlar, tepkimeden herhangi bir değişime uğramadan çıkarlar ve tepkimenin denge durumunu değiştirmezler.” Sayfa 233
Enzimlerin katalitik etkinliklerinin maksimum olduğu bir sıcaklık değeri vardır. İnsan vücudu için bu değer 36,5 Cdir.
10. Ünite Kimyasal Denge
Bu bölümde sulu çözelti tepkimeleri, kimyasal denge, Le Chatelier Kuralı, Asitler-Bazlar, Sulu Çözelti Dengeleri, Asit-Baz Titrasyonları, Çözünürlük ve Çözünürlük çarpımı konularına yer verilmiştir.
“Sulu çözeltide elektriği iletebilen maddeler elektrolit, elektriği iletemeyen ve iyon içermeyen maddeler ise elektrolit olmayan şeklinde adlandırılırlar. Elektrolitler kendi aralarında kuvvetli ve zayıf elektrolitler olmak üzere ikiye ayrılırlar. Çözeltide çözünenin tamamen iyonları halinde bulunduğu elektrolitler kuvvetli elektrolitler, çözünen maddenin tamamen değil de kısmen iyonları halinde bulunduğu elektrolit maddeler ise zayıf elektrolitler olarak tanımlanırlar.” Sayfa 237
İyonik bileşikler için su etkili bir çözücüdür, fakat suyun kendisi tamamen iyonlarına ayrışmadığından yani az sayıda iyon içerdiğinden zayıf elektrolittir.
Sulu çözeltilerde çöktürme, nötralleşme ve yükseltgenme-indirgenme tepkimeleri olmak üzere üç tür tepkime gerçekleşir.
Kimyasal tepkimelerin çoğu tersinirdir, çok az sayıda tepkime tek yönlüdür. Tersinir tepkimelerde, tepkimenin başlangıcında tepkime ürün oluşturma yönünde ilerler ve ürün oluştukça ters yöndeki süreç yani tepkenler yönünde ilerleme gerçekleşir ve öyle bir an gelir ki tepkenlerin derişimleri sabit kalır, kimyasal olarak dengeye ulaşılır. Sayfa 238
Le Chatelier Kuralı’na göre, dengedeki bir sisteme dışarıdan etki yapıldığında, sistem bu etkiyi azaltacak yöne kendiliğinden kayar ve yeni bir denge oluşur. Deneysel olarak denetlenebilen değişkenler derişim, basınç, hacim ve sıcaklıktır ( Sayfa 244)
Asitler mavi turnusol kağıdının rengini kırmızıya, bazlar ise kırmızıyı maviye dönüştürürler.
Arrhenius tanımına göre, bir asit sulu çözeltiye hidronyum iyonu veren bir baz ise sulu çözeltiye hidroksit iyonu veren madde olarak tanımlanır ( Sayfa 246)
Bronsted-Lowry tanımına göre bir asit proton veya protonlar verebilen bir madde, bir baz ise protonlar alan bir madde olarak tanımlanır ( Sayfa 246)
Lewis asit baz tanımına göre, bir asit bir kovalent bağ oluşturmak için bir bazdan elektron çifti alan bir bileşik, bir baz ise ortaklanmış elektron çifti veren bir bileşik olarak tanımlanır ( Sayfa 247)
11. Ünite Yükseltgenme, İndirgenme ve Elektrokimya
Bu bölümde yükseltgenme ve indirgenme tepkimeleri, elektrokimyasal hücreler, redoks tepkimelerinin istemliliği, nernst eşitliği, piller, korozyon ve elektroliz yer almaktadır.
Kısmen veya tamamen elektron aktarımı içeren tepkimelere yükseltgenme-indirgenme tepkimeleri denir.
Yükseltgenme-indirgenme tepkimeleri yükseltgenen maddeden, indirgenen maddeye elektron aktarımını içermekte ve bu tepkimeler belirli bir düzenek içinde kendiliğinden gerçekleştiğinde elektrik enerjisi kaynağı olarak kullanılabilmektedir. Hücre içinde kendiliğinden yürüyen tepkimeyle kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren elektrokimyasal hücre galvanik hücre, voltaik hücre veya pil denir (Sayfa 266-267)
Hücreden elektrik akımı geçirilerek kendiliğinden gerçekleşmeyen bir kimyasal tepkimenin gerçekleştirildiği elektrokimyasal hücre ise elektrolitik hücre denir ( Sayfa 267)
Korozyon, metal veya metal alaşımlarının yükseltgenmesi sonucu aşınması olarak tanımlanır ( Sayfa 277)
“Yeraltındaki petrol veya doğalgaz borularını vb korozyondan korumak için galvanize etmek mümkün değildir. Bunun için katodik koruma uygulanabilir. Çinko veya magnezyum gibi kuvvetli indirgen bir metal parçası toprağa gömülür ve yeraltı borusuna bağlanır. Çinko veya magnezyum anot olarak yükseltgenirken, borudaki demir indirgenir. Anot olarak kullanılan parça değiştirilebilir.( Sayfa 277)
Kendiliğinden yürümeyen bir kimyasal tepkimenin elektrik akımı uygulanarak yürümesinin sağlandığı olay elektrolizdir.( Sayfa 277)