Bölüm 2. Atomlar ve Atom Kuramı

(1)

Bölüm 2. Atomlar ve Atom Kuramı

Doç. Dr. Yasemin G. İŞGÖR Ankara Üniversitesi

2016-2017 DOÇ. DR. YASEMIN G. İŞGÖR /ANKARA ÜNIVERSITESI/ LINK: HTTP://80.251.40.59/ANKARA.EDU.TR/ISGOR/INDEX.HTML 1

(2)

Elementlerin en küçük temel kimyasal yapı taşı atomlardır

Maddenin Atom Teorisi

• Yunan Filozof Democritus (460–370 bc): her madde bölünemez en küçük yapı olan «atomos» a kadar bölünür

Maddenin Atom Teorisi-1

(3)

Maddenin Atom Teorisi-2: Dalton teorisi

Dalton’un ileri sürdüğü atom teorisi ispatlanmıştır:

 Elementler atomlardan oluşur.

 Bir elementteki tüm atomlar aynıdır

 Kimyasal bir tepkimede atomlar başka bir atoma dönüşmezler.

 Atomlar yaratılamaz, sıfırdan üretilemez veya yok edilemezler

 Bileşikler bir elementin atomlarının bir araya gelmesi ve birleşmesiyle oluşur (Bileşikler aynı veya farklı en az 2 atomdan oluşur)

John Dalton (1 766-1 844)

(4)

Atom Teorisi

Elementler atom denilen oldukça küçük parçacıklardan oluşur.

Bir elementin tüm atomları aynıdır. Farklı elementler farklı atomlar içerir

Bileşikler, birden fazla elementin birleşmesi ile oluşur.

Kimyasal reaksiyonlar atomların yer değiştirmesi ile oluşur ve bir kimyasal reaksiyonda yeni bir atom oluşmaz veya atomlar yok olmaz.

ATOMALTI PARÇACIKLAR

- 1897 de J.J Thomson elektronların varlığını keşfetti (katot ışınlarının negatif parçacıklar içerdiğini gördü) - Robert Millikan deneysel olarak elektronun yükünü 1.6022 x10^-19C olarak buldu.

- Atomun pozitif tanecikler içerdiği bulundu

- Rutherford atom pozitif taneciklerin ve kütlesinin tamamına yakınının atomun merkezinde çekirdekte olduğunu gösterdi.

- 1932 de James Chadwick çekirdekte nötr tanecikler de olduğunu buldu.

(5)

DALTON’UN ATOM KURAMI VE ATOMUN YAPISI

Bir elementin atomları kimyasal tepkimelerle farklı atomlara dönüştürülemez

Dalton’un atom teorisi:

Sabit oranlar yasası: kaynağı ne olursa olsun bir bileşiği oluşturan elementlerin kütleleri arasında daima belli ve sabit bir oran vardır

 Kaynağı ne olursa olsun CO₂daima 1 C ve 2 O atomundan oluşur

Kütlenin korunumu yasası: madde yoktan var, vardan yok olamaz. Dolaysıyla bir kimyasal tepkimeye giren maddelerin (tepkenlerin) kütlelerinin toplamı, tepkimeden çıkan maddelerin (ürünlerin) kütlelerinin toplamına eşittir.

 Bu yasa enerji dönüşümlerini kapsamaz

Katlı oranlar yasası: iki element birden fazla bileşik oluşturuyorsa, elementlerden birinin sabit kütlesi

ile birleşen diğer elementin kütleleri arasındaki oran en küçük tamsayı ile ifade edilen bir orandır.

(6)

Atom Yapısının Modern İncelemesi-1

Atom yapısal olarak pozitif, negatif ve nötr kısımlardan oluşur ve bunlara sırasıyla proton, elektron ve nötron adı verilir.

Proton ve nötronlar çok küçük bir hacim kaplayan atom çekirdeğinde yer alır. Ancak hacimce küçük olmasına rağmen hayli yoğundur. Dolayısıyla atomun kütlesinin çoğu çekirdek kütlesinden oluşur.

Elektronlar çekirdek dışında lokalizedir (yer alır). Bir atomun tamamen hacmini belirleyen dolayısıyla elektronların varlığı, sayısı ve lokalizasyonudur.

Eşit sayıda proton ve elektron atomların elektrik yükü sıfırdır, yani net elektrik yükleri yoktur.

(7)

Atom Yapısının Modern İncelemesi-2

 Atom kütlesi çok düşük olduğundan atom kütle birimi (a.k.b) ile ifade edilir.

 1 a.k.b = 1.66054 x 10

^–24

g.

 Proton kütlesi = 1.0073 a.k.b,

 Nötron Kütlesi = 1.0087 a.k.b,

 Elektron Kütlesi = 5.486 x 10^–4 a.k.b

 Atom Hacmi

 Bir çok atomun çapı 1 x 10

^–10

m civarında olduğundan ifadede kolaylık olması açısından angström birimi tanımlanmıştır:

 1 angstrom =1 Å = 1 x 10

^–10

m.

 Atom boyutunu ifade için kullanılmasına rağmen Angström bir SI birimi değildir!

(8)

İzotoplar, Atom Numarası ve Kütle Numarası Kavramları

Bir elemente ait atomların hepsinde aynı sayıda proton bulunur

İzotoplar bir elementin farklı sayıda nötron içeren atomlarıdır. Yani proton sayıları aynıdır.

Atom Numarası (Z) = Çekirdekteki toplam proton sayısını gösterir.

Kütle Numarası (A) = Çekirdekteki toplam nükleon (proton ve nötron) sayısını gösterir

⁰

Bir elemente ait İzotopların hepsi ayn Z fakat farklı A değerlerine sahiptir.

Karbon’un bilinen 4 izotopu vardır:

Atom Yapısının Modern İncelemesi-3

A=(p+n)

Z= (p) Element Sembolü

(Net elektronik yük)=y

(9)

(10)

(11)

Formül ve molekül ağırlığı arasındaki ilişki

Formul Ağırlığı (FA) bir kimyasal formüldeki atomların ağırlıkları (AA) toplamıdır.

FA (H₂SO₄) = 2AA(H) + AA(S) + 4AA(O) = 2(1.0 akb) + 32.0 akb+ 4(16.0 akb) = 98.0 akb

Molekül Ağırlığı (MA) bir molekül formülünde verilen atomların ağırlıkları toplamıdır.

MW (C₆H₁₂O₆) : = 6(12.0 akb) + 12 (1.0 akb) + 6 (16.0 akb)

= 180.0 akb.

Formul Ağırlığı (FA) ayrıca iyonik bileşiklerde tekrarlayan birimler (formül birimi) için de kullanılır.

FW (NaCl) tuz kristalinde tekrarlayan birim iyonik bileşik olan NaCl dir.

= 23.0 akb+ 35.5 akb

= 58.5 akb.

(12)

Basit formül için formül ağırlığı (FA)

Bileşik Formülü içim Molekül Ağırlığı (MA) Hesaplanır

Molekül ağırlığı bilinen bileşiğin basit formülü biliniyorsa molekülün bileşik formülü hesaplanabilir:

(FA)x(n)= (MA)

Örnek: basit formülü Ho ve MA=34 g/mol olan bileşiğin bileşik formülünü bulunuz. (H:1 ve O:16g/mol) FA(HO)=16+1=17 g/mol

(FA) x (n) = (MA) ise;

(17g/mol) x (n) = (34g/mol) ; eşitliği çözersek: n= 2

 (HO)_n (basit formülü ); n=2 (HO)₂ H₂O₂ (bileşik formülü)

Basit ve Bileşik formülü arasındaki bağıntı

(13)

Moleküllerin % bileşimi (kütlece)

1 düzine= 12 tane

1 deste= 10 tane

1 mol =6.022 x 10²³tane

 1mol C-12 izotopunda TAM OLARAK 12 gram KARBON ( C ) vardır!

1 mol X = 6.0221421 x 10²³ tane X

Avogadro Sayısı :

N_A (Avogadro Sayısı) : 6.0221421 x 10²³ /mol

6.022 x 1023 “Avogadro sayısı“ olarak adlandırılır

Italyan Kimyager Amadeo Avogadro’yu onurlandırmak için bu isim verilmiştir

Avogadro bulmamıştır bu rakamı, ancak onun hesaplamaları yol göstermiştir.

Mol birimi ve kavramı

FA) 100 (

A) Atom elementin

x(

)

# atom (elementin

= element

% x

(14)

(24.31 g/mol) + (12.01 g/mol) + (3X 16.00 g/mol) = 84.32 g/mol

1 mol MgCO₃Bileşiği 84.32 g kütleye sahiptir.

1 tane MgCO₃Bileşiği ise 84.32 a.k.b. kütleye sahiptir.

Yüzde Bileşim (kütlece) hesaplamaları

MgCO₃Bileşiğini oluşturan elementlerin kütlece % bileşimini hesaplayınız.

Kütlece % bileşiminin hesaplanması

(15)

1) 3.50 mol lithium (Li) Kaç gramdır?

Mol Hesaplamaları: Gram-Mol ilişkisi

45.1 g Li

Molekül ya da atom ağırlığı çevrim faktörü olarak kullanılır. Pay ve paydaya yazılan birimlere dikkat edin.

2.70 mol Li

2) 18.75 g lithium (Li) Kaç mol’dür?

(16)

Mol Hesaplamaları: Avogadro Sayısı

3) 3.50 mol lithium (Li) da kaç tane Li atomu vardır?

21.07 x 10²³ tane Li atomu vardır

= 2.107 x 10²⁴ tane Li atomu

4) 18.5 gram lithium (Li) da kaç tane Li atomu vardır?

16.04 x 10²³ tane Li atomu vardır

= 1.604 x 10²⁴ tane Li atomu

(17)

İyonik bileşiklerin Formülleri:

İyonik bileşiklerin formülleri daima basit formüldür ve daima en küçük tam sayıyı içerir

NaCl MgCl

₂

Al

₂

(SO

₄

)

₃

K

₂

CO

₃

Molekül bileşiklerinin Formülleri:

Molekül bileşiklerin formülleri basit formül olabilir yani bir referans atoma kıyasla diğer atomlar miktarca en küçük tam sayıyı içerebilir Moleküler:

H₂O

C₆H₁₂O₆ C₁₂H₂₂O₁₁

Kaba(Basit):

H₂O

CH₂O C₁₂H₂₂O₁₁

(18)

Basit Formülün Hesaplanması

1. % ifadeler kütlece verildiğinden bileşiğin tamamı 100 gram kabul edilir.

2. Bileşiğin 100 gramındaki her elementin mol miktarı (kütlece yüzdesinden yola çıkılarak ) hesaplanır 3. Elde edilen mol miktarları en küçük mol sayısına bölünğr

4. Elde edilen sayılar bir tam sayıya ulaşana dek en uygun tam sayıyla çarpılır.

Örnek: Adipik asit molekülünün bileşimi kütlece %49.32 C, %43.84 O, ve %6.85 H ise bileşiğin basit formülü nedir?

   

 

49.32g C 1 mol C

=4.107 mol C 12.01 g C

   

 

6.85 1

1.01 6.78 g H mol H

mol H g H 

   

 

43.84 1

16.00 2.74 g O mol O

mol O g O 

En küçük mol: 2.74’e bölünür

4.107 2.74 1.50

mol C mol O 

6.78 2.47

2.74

mol H mol O 

2.74 1.00

2.74

mol O mol O 

Elementlerin mol’leri bulunur Elde edilen mol değerleri uygun tam

sayıyla çarpılır

(19)

Örnek: Adipik asitin basit formülü C₃H₅O₂ olarak belirlenmiştir. Molekül ağırlığı 146 g/mol ise Bu bileşiğin molekül formülü nedir?

1. Formül ağırlığını bulun:

FA (C₃H₅O₂ ) = 3(12.01 g) + 5(1.01) + 2(16.00) = 73.08 g/mol 2. MA (C₃H₅O₂ )= 146 g/mol

3. FA *n=MA ise

(73.08 g/mol ) x n = (146 g/mol)

n=2

4. (C

₃

H

₅

O

₂

**)*2= (C**

₆

H

₁₀

O

₄

)

(20)

Atom Yapısının incelenmesi

 Katot ışın tüpünde elektronlar negatif elektrottan (katot) pozitif elektroda doğru hareket ederler (a)

 Floresan bir perde yerleştirilmiş katot tüpünde katot ışınlarının yönü (yeşil ışın demeti)

Tüpe mıknatıs yaklaştırıldığında ışın demetinin sapması (pozitik uçla çekilip negatif uçla itildiklerinin gösterilmesiyle bu demetin negatif yüklü parçacıklardan oluştuğu bulundu)

Kısmen

vakumlanmış cam tüp

Yüksek voltaj

Katot ışın tüpü Mıknatıs

(21)

Elektronun bulunuşu

İngiliz Bilim insanı J. J. Thomson katot ışınlarının birçok özelliğini keşfetti. En önemli bulgularından birisi katot materyali ne olursa olsun ışınların hep aynı olduğuydu.

Thomson en sonunda katot ışınlarının negatif yüklü parçacıklardan oluşan bir akım olduğu sonucuna vardı.

Thomson «elektron»u bulmuştu.

Katot tüpüne floresan ekran(perde) ekleyerek ölçümlerini daha kantitatif yapmayı başardı ve 1.76 X 10⁸coulomb/gram değerini bulmayı başardı.

Bu değer elektronun elektrik yükünün kütlesine oranı olarak belirlenmiştir ve elektronun kütlesini hesaplamak için yapılacak deneylere yol açmıştır.

Millikan aynı dönemlerde şikago üniversitesinde çalışırken elektronun

yük/kütle oranı bilgisini kullanabileceği bir deney tasarlamıştır. Bu «millikan’ın yağ damlacığı deneyi» olarak da bilinen çalışma böylece ortaya çıkmıştır

(22)

Elektron Kütlesinin bulunuşu

 Millikan’ın yağ damlacığı deneyinde tam olarak yağ damlacıkları spreyle (atomizör, püskürtücü) küçük hacimlerde elektrik ile yüklenmiş iki plaka arasına püskürülürken X-ışını gönderilerek yağ damlacıklarının yük kazanmasını sağlamıştır.

(23)

 Elektron kütlesi

 Negatif parçacık (elektron) için katot tüpü (A) kullanılırken pozitif parçacığın varlığı anot tüpüyle (B) gösterilmiştir

A B

(24)

Radyoaktiflik (Ünite 2 ve 21)

Doç. Dr. Yasemin G. İşgör

(25)

Radyoaktivite (Ünite 21, Lemay 10. baskı)

 Henry Becquerel Uranyum ile çalışırken kendiliğinden ve yüksek enerjili bir radyasyon yaydığını keşfetti. Bu yayılan ışımaya (radyasyon emisyonuna) radyoaktivite adı verildi

Becquerel’in önerisiyle Pierre ve Marie Curie uranyumun radtoaktif yapısını izole etme çalışmalarına başladı

 Ernest Rutherford radyoaktivitenin nasıl olduğunu araştırırken üç farklı radyasyon olduğunu keşfetti: a,bve g

b Işını (negatif yüklü parçacık) g Işını (Yüksüz)

a Işını (pozitif yüklü parçacık) Kurşun Blok

Radyoaktif madde Elektrik Yüklü Plakalar

Fotoğraf plakası Elektrik alanı

(26)

a parçacığı b parçacığı

g parçacığı

(27)

 Alfa parçacığının He

²⁺

ile aynı özelliğe sahip, helyum ile aynı kütlede ve 2+

yükte olduğu,

 Beta parçacıkların radyoaktif atomların çekirdeğinde meydana gelen değişimlerle ortaya çıktığı ve elektron ile aynı özellikleri taşıdığı

 Gama ışınının ise aslında parçacıktan OLUŞMADIĞI, yüksüz olduğu, elektromanyetik ışımalardan en güçlü olduğu bulunmuştur.

(28)

Radyoaktif ışımaların yayılma ve penetrasyon özellikleri

(29)

 Çekirdek kimyasında proton ve nötrona nükleon yani çekirdek parçası denir

The atoms of a given element can have different numbers of neutrons, however, so they can have different mass numbers; the mass number is the total number of nucleons in the nucleus.

 Atomlardan aynı atom numarasına (Z) ancak farklı Kütle numarasına (A) sahip olanlara izotop adı verilir.

 Bir elementin farklı izotopları kütle numaralarındaki farklılıkla ayırt edilir.

Doğal olarak bulunan üç Uranyum (Uranium) izotopu vardır:

uranium-234 (çok eser miktarda), uranium-235 (%0,7), and uranium-238 (%99,3)

(30)

Çekirdek Tepkimeleri

 Helyum 4 parçacıkları alfa parçacıkları olarak da bilinir.

Uranyum 238 alfa parçacığı kaybederek thorium 234 çekirdeğine dönüşür.

 Eğer bir atom çekirdeği bu şekilde bir değişime kendiliğinden uğrarsa buna radyoaktif bozunma adı verilir.

 Bütün çekirdek tepkimelerinde tepkimeye giren ve çıkanların atom

numaralarının toplamı, aynı şekilde kütle numaralarının toplamları daima eşit olur.

 (238=234+4)

(92=90+2)

(31)

 Beta parçacıklarının saçılmasıyla radyoaktif bozunmanın gözlenmesi:

 Gamma ışını ile radyoaktif bozunmanın gözlenmesi:

 Gama ışını yüksek enerji fotonlarından oluşur. Çok kısa dalgalı elektromanyetik radyasyondur.

 Gama ışını genellikle diğer radyoaktif emisyonlarla beraber görülür. Çekirdek tepkime eşitliği yazılırken ise belirtilmez.

 Diğer Radyoaktif bozunmalar ise iki tür olarak belirlenmiştir:

 Pozitron emisyonu

 Elektron yakalanması (e tutma)

(32)

RADYOAKTİF SERİ

(33)

Bölüm 3 Hatırlatmalar

Bölüm 4 Kimyasal Tepkimeler ve Stokiyometri

(34)

Bölüm 3 Hatırlatmalar

Bölüm 4 Kimyasal Tepkimeler ve Stokiyometri

(35)

Hatırlatma-1

(36)

Kütle, Mol ve Parça sayısının birbirine birimsel dönüşümleri

Birimler:

 Kütle: g

 Mol birimi: mol

 Mol kütlesi: g/mol

 Parça sayısı: 6.022 x 10²³ mol^–1(Avogadro sayısı).

(Mol kütlesi x mol = kütle) (g/mol) x mol = g

mol x mol^–1 = sayı (yani: mol x Avogadro sayısı= molekül sayısı).

Çevrim faktörlerinin kullanımı:

gmol çevrimi için Mol kütlesini

Mol  Molekül (sayısı) çevrimi için Avogadro sayısı çevrim (dönüştürme) faktörü olarak kullanılır.

Eğer bir bileşikteki ürünler, tepkenler veya ürün-tepken arası ilişki çevrim faktörü olarak kullanılıyorsa buna Stokiyometrik faktör denir

Hatırlatma-2

(37)

Hatırlatma-3

Yükseltgenme Basamağı Kuralları (oksidasyon sayısı kuralları)

Ana kural: Y.B.’lerin toplamı bileşik veya çok atomlu iyonun toplam yüküne eşittir Eğer iki kural birbiriyle çelişirse kurallardan küçük numaralı olan kural geçerlidir.

(öncelik sıralamada önce yazılmış kurala verilir) (Petrucci, 10. baskı sayfa 85)

KURAL Y.B. ÖRNEKLER

1 Serbest elementlerin atomları

(bileşik yapmamış) = 0 F₂(g), F = 0; He (g), He = 0; S₈ (s), S = 0; Fe (s), Fe = 0; O₂, O = 0; O₃, O = 0

2 Nötr bileşiklerde

İyonlarda =0

=İyon Yükü

3 Tek atomlu iyonlar

Grup-I Grup-II

= +1

= +2 Grup I iyonları

Grup II iyonları

4 Florun Bileşiklerinde Daima = –1 HF, F = –1; NaF, F = –1; OF₂, F= –1

5 Hidrojen’in Bileşiklerinde +1 H₂O, H = +1, H₃PO₄, H = +1; HCl , H = +1 NaH, H =–1; CaH₂, H = –1; LiAlH₄, H =–1 6 Oksijen’in Bileşiklerinde –2 CO₂, O = –2; P₄O₁₀, O = -2; MgO, O = –2;

O₂^2–, O = –1; H₂O₂, O = –1; Na₂O₂, O = –1;

7

Metallerle yaptığı ikili bileşiklerinde Grup7

Grup6 Grup5

–1–2 –3

NaCl, Cl =–1; PCl₅, Cl =–1; SnCl₂, Cl =1;

ClO^–, Cl =+1; ClO₂^–, Cl =+3; ClO₃^–, Cl =+5

(38)

Bileşiklerin Adlandırılması

Adlandırmada Genel Sınıflandırma : İnorganik Bileşiklerin adlandırılışı:

 Metal-Ametal Bileşikleri

 Ametal-Ametal Bileşikleri

 İkili Asitler

 Çok atomlu İyonlar

 Oksiasitler

 Hidratlar

Organik Bileşiklerin adlandırılışı:

 Hidrokarbonlar

 Fonksiyonel (işlevsel) Gruplar

 Biyomoleküllerin özel adlandırmaları (Protein, Lipit, Nükleik Asit, Karbonhidrat)

(39)

Kimyasal Tepkimeler

Sentez (birleşim, kombinasyon)

 İki veya daha fazla elementin atomu bir araya gelir.

 A + X  AX

Bozunma Tepkimesi

 AX  A + X

Tekli Yerdeğiştirme Tepkimesi

 A + BX  AX + B

 BX + Y  BY + X

 Metaller başka metallerle

 Suyun hidrojeninin bir metalle

 Asitin hidrojeninin bir metalle

 Halojenlerin daha aktif halojenler ile yerdeğiştirmesi

 Yerdeğiştirme tepkimesinde bir metal ancak kendinden daha aktif bir metal ile yer değiştirir.

 Aktivite serisi denen metal aktiflik listesi kullanılarak hangi metalin hangi metalin yerine geçeceği veya hangi asit yapısındaki hidrojenin metalle yer değiştireceği belirlenebilir.

 Aynı şekilde halojenler içinde aktiflik serisi mevcuttur

(40)

Tepken ve Ürün Mol sayıları arasındaki ilişki

Tepken ve Ürün Kütleleri arasındaki ilişki

(41)

İki Tepkenin Kütleleri arasındaki ilişki

Hacim, Yoğunluk, yüzde bileşim’in çevrim (dönüşüm) faktörü olarak Kullanılması

(42)

Çözeltinin yüzde bileşimi, hacim ve yoğunluk çevrim faktörü olarak kullanılırsa

Çözücü çözeltinin katı, sıvı veya gaz fazında olacağını belirler

 Çözücü, solvan, solvent veya çözgen birbiri yerine kullanılabilir (çeviri farklılıklarından)

Çözücü= su Sulu Çözeltiler

 Çözünen +Çözücü= Çözelti

 Derişim (IUPAC)= C== Molarite (M).

(43)

Ölçülen Miktarlardan Molarite Hesabı

20 mL Etanol (d= 0,789 g/L) kullanılarak 250 mL sulu çözelti hazırlanacaktır.

Çözeltideki etanolün konsantrasyonunu (derişimini) molarite olarak hesaplayınız

(44)

Molaritesi bilinen birçözeltide çözünen maddenin Kütlesinin hesaplanması

0.250 L hacimdeki sulu 0.250 M K

₂

CrO

₄

çözeltisi hazırlamak için gereken K

₂

CrO

₄

kütlesi nedir? (M

_A

=194.2 g/mol)

(45)

Seyreltme

0.250 L hacimdeki sulu 0.01 M K

₂

CrO

₄

çözeltisi hazırlamak için 0.250 M K

₂

CrO

₄

çözeltisinden kaç mL syreltilmelidir?

(46)

Seri seyreltme

Seyreltme faktörü (S.F. veya D.F.) Ör: Seri seyreltmede 1:2 seyreltme

Tüp1 Tüp2 Tüp3 Tüp4 20 M  10 M  5M  2.5M 20/10 10/5 5/2.5

DF: 2 2 2 Seri Seyreltme nasıl hazırlanır?

Her tüpteki toplam seyreltme (stok çözeltiye kıyasla) kaçtır?

Seri Seyreltme ne için yapılır?

(47)