Genel Kimya-I
Ed�tör: Hüsey�n BAĞ
8. Baskı
Editörler: Prof. Dr. Hüseyin Bağ GENEL KİMYA - I
ISBN 978-605-241-069-1 DOI 10.14527/9786052410691 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 ait- tir. Anılan kuruluşun izni alınmadan kitabın tümü ya da bölümleri, kapak tasarımı; mekanik, elekt- ronik, fotokopi, manyetik, kayıt ya da başka yöntemlerle çoğaltılamaz, basılamaz, dağıtılamaz. Bu kitap T.C. Kültür Bakanlığı bandrolü ile satılmaktadır. Okuyucularımızın bandrolü olmayan ki- taplar 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 ta- nınan yükseköğretim kurumlarının kataloglarında yer almaktadır. Dünyadaki en büyük çevri- miçi kamu erişim kataloğu olan WorldCat ve ayrıca Türkiye'de kurulan Turcademy.com ve Pegemindeks.net tarafından yayınları taranmaktadır, indekslenmektedir. Aynı alanda farklı yazar- lara ait 1000’in üzerinde yayını bulunmaktadır. Pegem Akademi Yayınları ile ilgili detaylı bilgilere http://pegem.net 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
(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
İnternet: www.pegem.net E-ileti: pegem@pegem.net
ÖN SÖZ
Bu ders kitabı, Eğitim Fakülteleri Fen Bilgisi Öğretmenliği Bölümü öğrenci- leri için, YÖK’ün 2006–2007 öğretim yılında uygulamaya koyduğu yeniden yapı- landırma programı müfredatına uygun olarak Genel Kimya I dersine yönelik ola- rak hazırlanmıştır. Ayrıca, aynı program kapsamında yer alan Eğitim Fakülteleri İlköğretim Matematik Öğretmenliği Bölümü öğrencileri için Kimya I derslerine yönelik de ders kitabı olması hedefl enmiştir.
Kitapta kimyanın temel kavramları, Fen Bilgisi Öğretmenliği Bölümü öğ- rencilerinin hazır bulunuşluk durumlarına ve öğretmenlik mesleğinde gereksi- nim 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 hedefl enmiştir.
Prof. Dr. Hüseyin BAĞ Editör
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
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 Sınıfl andırılması ...24
Kimyasal Yasalar ...36
Değerlendirme Soruları ...39
2. 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
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 ...66
3. BÖLÜM ATOMUN YAPISI VE ATOMLARDA ELEKTRONLAR (ss: 71-114) Atomun Yapısı ...71
Atomaltı Parçacıklar ve Atom Çekirdeği ...76
Atom ve Kütle Numaraları ...82
Atomlarda Elektronlar ...87
Değerlendirme Soruları ... 110
4. BÖLÜM PERİYODİK CETVEL (ss: 115-136) Tarihçe ... 115
Modern Periyodik Tablo ... 116
Grup ve Periyot Bulma ... 119
Periyodik Özellikler ... 123
Atom Çapı ve İyonik Çap ... 123
İyonlaşma Enerjisi ... 124
Elektron İlgisi ... 128
Elektonegatifl ik ... 129
Metalik ve Ametalik Özellik ... 131
Oksitlerin Bazlık – Asitlik Özelliği... 131
Değerlendirme Soruları ... 132
vii İçindekiler
5. BÖLÜM KİMYASAL BAĞLAR
(ss: 137-163)
Giriş ... 137
Elektronegatifl ik ... 138
İyonik Bağ ... 140
Kovalent Bağ ... 143
Tekli ve Çoklu Kovalent Bağlar ... 146
Metalik Bağ... 149
Van der Wools Bağları ... 153
Değerlendirme Soruları ... 160
6. BÖLÜM MOLEKÜLER GEOMETRİSİ VE MELEZLEŞME (ss: 165-200) Giriş ... 167
Değerlik-Kabuğu Elektron-Çift i İtmesi (VSEPR) Kuramı ... 165
İki Elektron Çift i... 167
Üç Elektron Çift i ... 167
Dört Elektron Çift i ... 169
Beş Elektron Çift i ... 170
Altı Elektron Çift i ... 173
Dipol Moment ve Molekül Geometrisi ... 182
Değerlik Bağ Kuramı... 185
Atom Orbitallerinin Melezleşmesi ... 187
Çoklu Kovalent Bağlar ... 196
Değerlendirme Soruları ... 200
viii Genel Kimya-I
7. BÖLÜM GAZLAR (ss: 201-234)
Giriş ... 201
Gazların Kinetik Teorisi ... 202
Gaz Basıncı ... 204
Gaz Basıncının Ölçülmesi ... 205
Gaz Yasaları ... 210
İdeal Gaz Denklemi... 218
Dalton Kısmi Basınçlar Yasası ... 220
Gazların Yayılma Hızı (Difüzyon) ve Yayınımları (Efüzyon) ... 222
Kimyasal Tepkimelerde Gazlar ... 225
Gerçek Gazlar... 226
Buhar Basıncı ... 228
Değerlendirme Soruları ... 230
8. BÖLÜM MADDENİN YOĞUN HÂLLERİ: SIVILAR VE KATILAR (ss: 235-263) Sıvılar ... 236
Yüzey Gerilimi ... 237
Viskozite ... 239
Katılar ... 240
Katıların Yapılarının Tayini ... 241
Kristal Türleri ... 247
Faz Değişimleri ... 250
Buhar Basıncı ... 254
Isınma ve Soğuma Eğrileri ... 259
Faz Diyagramları ... 260
Değerlendirme Soruları ... 267
Kaynakça ... 265
Değerlendirme Soruları Cevap Anahtarı ... 267
KİMYA VE AMACI
Doğal ve sosyal çevresi ile sürekli etkileşim içinde olan insanoğlu çevresinde bulunan maddelere karşı ilgi duymuştur. Evrendeki her şey maddenin farklı hal- lerinden oluşmuştur. Doğal çevremize baktığımızda çevreyi saran bir çok mad- delerin 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 mad- deleri 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 mad- deler, 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 üreti- mi, daha ucuz ve daha verimli nükleer enerji üretimi, kalp pillerinin yapımı, geniş hafızalı bilgisayar üretimi gibi teknolojik gelişmeler hayatımızı kolaylaştıran Kim- ya Teknolojisinin ürünleridir. Kimya diğer bilim dallarını da ilgilendirdiğinden merkez bilimi olarak da bilinir. Kimya teknolojisinin gelişmesi insanlara sayısız
1. BÖLÜM
MADDENİN ÖZELLİKLERİ VE
ÖLÇÜMÜ
faydalar sağlarken birtakım sorunları da beraberinde getirmiştir. Hava, su, toprak kirliliği, radyoaktif atıklar, ozon tabakasının delinmesi teknolojik gürültüler biyo- lojik 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 Kimya
Karbon bileşikleri Polimerler, ilaçlar, deterjanlar
İnorganik Kimya
Karbon içermeyen bileşikler Metal, mineral ve kompleks bileşik- leri
Analitik Kimya
Madde bileşimi, miktarı ve ölçümü
Eser analiz ve kalite kontrol
Biyokimya Madde ve canlı organizma Metabolizma, dializ, fermantasyon Fizikokimya Kimyanın fiziksel yasalarla
incelenmesi
Tepkime hızı, denge
Kimya gelişimini tamamlamış bir bilim olmakla birlikte maddenin iç yapısı yanıtlanmamış sorular ve açıklanmamış olaylarla doludur. Modern teknoloji ola- ğanüstü özellikler taşıyan yeni maddeleri gerektirdiği için kimyacılar da bu mad- delerin sentezi için yeni yöntemler geliştirmelidirler.
BİLİMSEL YÖNTEM
Bilimde ilerleme sağlayabilmek için bilim adamları belirli bir yöntem uygu- larlar. Bu yöntem, doğru soruların sorulması, doğru yanıtları vermek için doğru deneylerin tasarlanması ve buluşların mantıklı açıklamalarla yorumlanmasını içe- rir. 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 ge- nelleme 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 önce- den 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- 2 Genel Kimya-I
cidir ve gözlemlerden elde ettiği verileri mantıksal düşünceyi ısrarla uygular. Bir ge- nelleme yada doğal yasa, bir modelin oluşmasına yetecek kadar gözlemler yapıldık- tan sonra formülleştirilir. Doğal yasalar doğanın gerçeklerinin kısa ve çoğunlukla matematiksel olarak ifadeleridir.
Bir bilim adamı, doğal yasadan çıkarılan sonuçların deneysel sonuçlarla uy- gunluğunu görebilmek için doğal yasayı, deney olarak bilinen kontrollü bir çalış- mayla analiz etmelidir.
Varsayım (hipotez) bir doğal yasanın geçici bir açıklamasıdır. Eğer bir var- sayım deneysel sonuçlarla tekrar ifade edilebilirse teoriye dönüşür. Teori; doğal olayları açıklamak ve bunlara ilişkin daha fazla öngörülerde bulunmak için kul- lanılan 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, radyoaktifl ik, 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 öğren- ci laboratuar çalışması, çoğunlukla öğrencilerin zihinlerinde oluşturdukları bilgi- nin kullanımını ve sahip oldukları bilgiden yola çıkarak yeni bilgiye ulaşmalarını sağlayacak şekilde olup, araştırmaya dayalı türdendir.
Laboratuarlarda, deneyler; öğrenilmesi gereken konunun gerektirdikleri, öğ- renci grubunun özellikleri ve araç-gereç imkanları doğrultusunda üç değişik tür- den 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.
Maddenin Özellikleri ve Ölçümü 3
Bu deneylerin nasıl yapılacağı, laboratuar kılavuz kitapları veya öğretmen ta- rafından adım adım belirtilerek açıklanır. Yapılacak deneylerle hangi sonuca ula- şılacağı 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 ça- lışarak, bilmedikleri birtakım bilgileri yeniden bulup ortaya çıkarmaya çalışmaları hedefl enir. 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 kul- lanılacak araç ve malzemeler laboratuarda hazır tutulur. Öğrenci, deney için ge- rekli 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 ça- lışmalarını gerektirir. Öğrenci kendi kurduğu veya kurulmuş olarak verilen hi- potezin 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 doğ- ru ise, yeni bir bilgi edinilmiş olur ve genelleyerek hipotezin kapsamı genişletilir.
Eğer denemeler sonucu verilen veya kurulan hipotezin yanlış olduğuna karar ve- rilirse, hipotez reddedilerek yeni bir hipotez kurulur ve bu hipoteze ait deneyler düzenlenerek veriler toplanır.
Bu üç deney türü, sunuluş, işleyiş ve gerektirdiği laboratuar koşulları bakı- mından 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 4 Genel Kimya-I
