Temel Kavramlar1. Giriş
Kimyanın öz bir tanımı şöyle yapılabilir:
Kimya, maddenin atomik ve moleküler sistemlerin bileşimini, yapısını, özelliklerini
ve reaksiyonlarını inceleyen bir bilim dalıdır.
Madde ile enerji arasındaki etkileşim, maddelerin yapılarında ve davranışlarında
değişimler meydana getirir. Kimyacının ana amacı ise, maddelerin yapılarını,
davranışlarını, etkileşimlerini ve değişmelerini yorumlamaktır. Yani maddeler arasındaki
etkileşimin türünü ve gerekçesini yorumlayabilmek için, kimyanın temel
kavramlarının bilinmesi şarttır. Bu ünitenin amacı, kimyanın temel kavramlarını öz
olarak vermek ve okuyucuyu bundan sonraki ünitelere hazırlıklı kılmaktır.
2. Madde ve Maddenin Halleri
Element, bileşik veya karışım olabilen ve etrafımızda algıladığımız her şeyi
oluşturan "madde", ağırlık, hacim, renk, yoğunluk, kaynama noktası vs. gibi belirli
özelliklerin toplamı ile karakterize edilir. Bu özellikler, biri hariç, maddenin
içinde bulunduğu koşullara göre değişir. Koşulların değiştiremediği maddenin tek
özelliği kütlesi'dir. Kütle madde miktarını gösterir.
Kütlesi olan ve uzayda yer kaplayan her şey madde olarak tanımlanır. Kütle, madde
miktarının bir ölçüsüdür ve herhangi bir cismin kütlesi o cismin uzaydaki konumuna göre
değişmez.
Paris yakınlarında Sevres'deki uluslararası ölçü ve tartılar müzesinde bulunan %90
platin ve %10 iridyumdan yapılmış olan bir silindirin kütlesi 1 kilogram olarak kabul
edilmiştir. 1 Litre ise +4°C ve 760 mmHg basıncındaki 1 kilogram saf suyun
hacmidir. 1 Litre 1000 ml ve 1000,027 cm3 'tür. Veya 1 ml = 1, 000027 cm3 'tür.
Madde, katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç halde bulunabilir. Bir maddenin bulunduğu
hal büyük ölçüde sıcaklık ve basınca bağlıdır. Örneğin, su çeşitli etkenlere
bağlı olarak katı, sıvı ve gaz (buhar) halinde bulunabilir. Maddenin hallerine ilişkin
aşağıdaki genellemeler yapılabilir:
• Katılar belirli bir biçime sahip olmalarına karşılık sıvıların ve gazların belirli
biçimleri yoktur.
• Sıvı ve gazlara "akışkanlar" denir. Sıvıların serbest yüzeyleri, içinde bulundukları
kaba tâbi değildir. Gaz halindeki maddeler her taraftan kaba bağlı, serbest
yüzeyleri olmayan akışkanlardır.
• Katı, sıvı ve gazların belirli bir kütlesi vardır.
• Gazlar uygun basınç ve sıcaklıkta sıkıştırılabilirler. Buna karşın katı ve sıvılar
sıkıştırılamazlar.
• Enerji aldıkları taktirde, gazlara ilişkin genleşme oranı katı ve sıvılara kıyasla
çok fazladır.
Maddelerin kimyasal özelliklerini ve bileşimini korumak koşuluyla gerçekleştirebileceği değişikliklere
"fiziksel değişimler" denir.
3. Maddenin Bileşimi ve Sınıflara Ayrılması
Maddeler çok küçük parçacık olan atomlardan oluşmuştur. Atomun yapısının aydınlatılması
için bilim adamları uzun yıllardan beri çalışmaktadırlar. Son yıllarda,
iki özel tip elektron mikroskopunun geliştirilmesiyle, atomların görüntüleri elde
edilebilmiştir. Alan emisyon mikroskopu, çok ince metal iğnelerin uçlarındaki molekül
veya büyük atomların görülebilmelerini sağlamıştır. Elektron tarama mikroskobu,
5Å büyüklüğündeki atom veya moleküllerin görülebilmelerini sağlamaktadır.
Yüksek voltaj elektron mikroskopları ile 2 Å veya daha küçüklerin görülmesi
başarılmış ve kristal içindeki bu büyüklükte atom veya moleküllerin görüntüleri elde
edilmiştir.
Maddeler element, bileşik veya karışım olarak bulunabilmektedirler.
Element nedir? Atomla elementin ilişkisi nedir?
Sıradan kimyasal işlemler ile kendinden farklı iki veya daha fazla sayıda maddeye ayrılamayan
saf maddelere "element" denir.
Örneğin, bakır, altın ve oksijen birer elementtirler. Bakır atomu, altın atomu ve
oksijen atomu ise bu elementlere ait en küçük birimlerdir.
Elementlerin özelliklerini taşıyan en küçük birimlere "atom" denir.
Günümüzde bilinen element sayısı 109 olmakla birlikte bunların bir kısmı doğada
bulunmamaktadır. Doğada olmayanlar laboratuvarlarda suni şekilde elde edilmektedirler.
İki veya daha fazla sayıda atom kimyasal yollar ile bir araya geldiğinde "molekül" denen
birimler oluşurlar. Moleküller özdeş veya farklı atomların bağlanması ile oluşabilirler.
Örneğin, Neon ve kripton gibi bazı elementler doğada atomlar halinde bulunmalarına
karşın, azot ve iyot gibi elementler moleküler yapıda bulunurlar.
Bileşikler, atomların kimyasal olarak bir araya gelmeleri sonucu oluşmuşlardır ve
bugüne kadar, yaklaşık 17 milyon bileşik kayıt edilmiştir.
İki veya daha fazla elementin belirli ağırlık oranları dahilinde kimyasal bağlar ile oluşturdukları
saf maddelere "bileşikler" denir.
Örneğin, hidrojen ve oksijen atomları 2'ye 1 oranında birleşerek H2O (su) veya
2'ye 2 oranında birleşerek H2O2 (hidrojen peroksit) meydana getirirler.
Element veya bileşikler kesin bileşimlere ve kendilerine özgü özelliklere sahip maddelerdir.
Örneğin su bir bileşiktir. Su saf yapıda her zaman 1/9 hidrojen 8/9 oksijen oranlarında
bir bileşime sahiptir. Bunun dışında bir yapıda bulunamaz.
Bileşikler kendilerini oluşturan elementlerden tamamen farklı özellikler gösterirler.
Örneğin, H2 ile O2 gazlarının reaksiyonundan oluşan H2O (su) moleküllerinin tüm
özellikleri kendini oluşturan hidrojen ve oksijen elementlerinin özelliklerinden tamamen
farklıdır.
Sıcaklık, yoğunluk, derişim, kaynama noktası, vizkosite, elektrik iletkenliği gibi madde
özelliklerinin aynı olduğu sistem bölgelerine "faz" adı verilir.
Karışımlar fiziksel olarak birbirlerinden tamamen ayrılabilen iki veya daha fazla
maddeden meydana gelir. Karışımlarda her madde kendi özelliğini korur.
Karışımlar tek bir faz oluşturuyorsa, "homojen karışımlar"; birden fazla faz oluşturuyorlarsa
"heterojen karışımlar" olarak adlandırılırlar. Homojen karışımlara "çözeltiler"
de denir.
Kolalı tüm içkiler ve meyve suları çok bileşenli homojen karışımlara, bir kaşık şekerin
bir bardak suda çözünmesiyle elde edilen karışım iki bileşenli homojen karışımlara
örnektirler. Bir kaya parçası çok bileşenli heterojen karışımlara örnektir.
Metallerin katı çözeltileri "alaşım" olarak adlandırılır ve alaşımların özel önemleri
vardır. Alaşımlarda bileşenlerin özelliklerine göre değişik ürünler meydana gelir. Örneğin,
bronz alaşımı ağırlık yüzdesi olarak %90 bakır, %10 kalaydan meydana gelmiştir.
Aynı şekilde, pirinç %67 bakır ile %33 çinko ve çelik %99 demir ve %1 karbondan
oluşmuştur.
 4. Maddelerin Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Saf maddeleri tanımlamak için kullanılan özellikler arasında kesin bir sınıflama yapılamazken,
donma noktası, kaynama noktası ve spektroskopik özellikler gibi fiziksel
özellikler her madde için farklıdır. Daha önce de belirtildiği gibi, bir maddenin
yapısının değişmesine karşılık kimyasal yapısında herhangi bir değişiklik olmuyor
ise bu değişikliğe "fiziksel değişiklik" denir. Örneğin, su katı, sıvı ve gaz hallerinde
kimyasal olarak aynı özelliktedir. Değişiklik suyun sadece fiziksel özelliğindedir.
Bazı önemli fiziksel özellikler şunlardır:
• Erime veya donma noktası: Bu terimlerin her ikisi de, maddenin katı ve sıvı
fazlarının birlikte oldukları sıcaklığa karşılık gelir. Örneğin, katı haldeki
suyun (buz) erime noktası 0°C'dir. Yine aynı şekilde saf suyun donma noktası
da 0°C'dir.
• Kaynama noktası: Bir sıvının buhar basıncının dış basınca eşit olduğu sıcaklığa
"kaynama noktası" denir. Örneğin, suyun 100°C'deki deniz kenarındaki
buhar basıncı oradaki atmosfer basıncı olan (dış basınç) 760 mmHg'ye eşittir.
Dolayısıyla suyun deniz kenarındaki kaynama noktası 100°C'dir. Deniz seviyesinden
yukarılara çıkıldıkça suyun kaynama noktasının düşeceği tanımdan
kolaylıkla anlaşılabilir.
• Yoğunluk ve özgül ağırlık: Yoğunluk, birim hacim basınca düşen ağırlık
miktarıdır. Örneğin, +4°C'de saf suyun yoğunluğu 1.00 gram/cm3 'tür. Yoğunluk
maddenin hacmi ile orantılı ve hacim de sıcaklık ile orantılı olduğu
için yoğunluk aynı zamanda maddenin bulunduğu ortama göre de değişir. Özgül
ağırlık ise, bilinen ve referans olarak alınan bir maddeyle olan yoğunluk
oranıdır. Referans madde, gazlar için "hava", katı ve sıvılar için "sudur". Örneğin,
civanın özgül ağırlığı 13.6 demek, civa sudan 13.6 kez daha yoğun bir
madde demektir.
• Çözünürlük: Verilen bir sıcaklıkta, belli bir miktar çözücü içinde saf bir
maddenin çözünebilen en fazla miktarıdır. Örneğin, 100°C 'de 100 gram suda
39.1 gram NaCl çözünür.
5. Kimyasal Denklemler
Bir kimyasal reaksiyon sırasında reaksiyona giren maddeler ile reaksiyon sonucu
meydana gelen yeni maddeleri daha anlaşılır şekilde görmek için "kimyasal denklem"
denen ifadeler kullanılır. Örneğin, propan gazının oksijen ile olan reaksiyonunu
inceleyelim:
C3H8 (g) + 5O2 (g) 3CO2 (g) + 4H2O (g) + Isı
Giren maddeler Çıkan maddeler
(Reaktantlar) (Ürünler)
Kimyasal denklemde en önemli özelliklerden birisi, reaksiyona giren maddelerdeki atomların
sayısının reaksiyon sonucu meydana gelen ürünlerdeki atomların sayısına eşit
olmasıdır.
Reaktantlar Ürünler
C sayısı 3 C sayısı 3
H " 8 H " 8
O " 10 O " 10
Kimyasal reaksiyonlar ve işlemlerin denklemlerini yazmak için kimyacılar tarafından
tüm dünyada genel olarak belirlenen standartlar şunlardır:
• Reaksiyona girenler okun soluna, ürünler sağ tarafına yazılır.
• Reaksiyon sırasında sadece değişime uğrayan atom ve moleküller denklemde
yer alırlar.
• Herbir elementin atom sayısı denklemin her iki tarafında aynı olmalıdır.
• Maddenin hali, kimyasal formülden sonra parantez içinde gösterilmelidir.
Katı hali (k), gaz hali (g), sıvı hal (s) sembolleri ile gösterilir.
Kimyasal denklemlerin nasıl eşitlendiği ilerideki bölümlerde ayrıntılı olarak ele alınacaktır.
6. Kimyasal Reaksiyonlarda Enerji
Bilim adamları enerjiyi "iş yapabilme kapasitesi" olarak tanımlamışlardır.
Her bir kimyasal reaksiyona bir enerji değişmesi eşlik eder. Kimyasal reaksiyonlara
eşlik eden enerji değişmelerinin incelenmesi termokimyanın konusunu meydana
getirir. Bu enerji değişmesi ısı, ışık ya da elektrik şeklinde olabilir.
Kimyasal reaksiyonlardaki ürünün enerjisi başlangıç maddelerinden az ise enerji dışarı
verilmiştir, böyle reaksiyonlar "ekzotermik" reaksiyonlardır. Eğer ürün başlangıç maddelerininkinden
daha yüksek enerji içeriyorsa reaksiyon dışarıdan enerji almıştır, böyle
reaksiyonlara "endotermik" reaksiyonlar denir.
Kimyasal bir reaksiyona eşlik eden enerji çoğu kez ısı şeklinde kendini gösterir.
Bundan dolayı, kimyada enerji birimi olarak kalori veya bunun bin katı olan kilokalori
gibi birimler yaygın şekilde kullanılmaktadır. Uluslararası Birim Sistemi
(SI) enerji birimini "Joule" olarak belirlemiştir. Ancak kimyacılar hala tercihen
"kalori" ve "kilokalori" birimlerini kullanmaktadırlar.
1 kilokalori = 1000 kalori
1 kalori = 4.184 Joule şeklindedir.
Karbon elementi içeren maddelerin oksijen gazı ile reaksiyonları ekzotermik reaksiyonlardır.
Metan (CH4) gazı ile oksijenin reaksiyonu buna örnektir.
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + ısı
Buna karşılık kireç taşının (CaCO3) kireç ve karbon dioksite ayrışması reaksiyonu
endotermik bir reaksiyondur.
CaCO3 + ısı CaO + CO2
Özet
• Kimya, maddenin bileşimini, yapısını, özelliklerini ve değişimini inceleyen bir bilim
dalıdır.
• Etrafımızda gördüğümüz uzayda yer kaplayan ve kütlesi olan her şey "madde" olarak
tanımlanır.
• Maddenin özellikleri, fiziksel ve kimyasal olmak üzere ikiye ayrılır. Fiziksel değişimler,
hal değişimlerine, kimyasal değişimler ise, maddenin bileşiminin ve özelliklerinin
değişimine neden olur.
Değerlendirme Soruları
1. Aşağıdaki ifadelerin hangisi yanlıştır?
A. Maddelerin kaynama noktaları dış basınç arttıkça artar.
B. Bir bileşikdeki elementlerin kütleleri belirli bir oran gösterir.
C. Bir karışımdaki karışanların kütleleri belirli bir oran gösterir.
D. Sülfürik asit (H2SO4), sodyum hidrojenkarbonat (NaHCO3) ve hidrojen
peroksit (H2O2), bileşiklere örnektirler.
E. Potasyum, arsenik, alüminyum ve nikel birer elementtirler.
2. Aşağıdaki ifadelerin hangisi yanlıştır?
A. Madde, katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç halde bulunabilir.
B. Maddeler gaz halinde belirli bir kütleye sahip değildir.
C. Suyun erime ve donma noktası 0°C dir.
D. Gazlar sıvı ve katılara kıyasla daha kolay genleşir.
E. Bir maddenin dünyadaki ve uzaydaki kütleleri arasında bir fark yoktur.
3. Aşağıdaki ifadelerin hangisi yanlıştır?
A. Uluslararası Birim Sistemine (SI) göre kütlenin birimi kilogramdır.
B. Gazların bir kütlesi yoktur.
C. Kütle, madde miktarının bir ölçüsüdür.
D. Madde, kütlesi olan ve uzayda yer işgal eden herşeydir.
E. Bir cismin dünyadaki kütlesi ile uzaydaki kütlesi aynıdır.
4. Aşağıdaki ifadelerin hangisi yanlıştır?
A. Suyun sıcaklığının değişimi suyun fiziksel değişimi ile ilgilidir.
B. -25°C de 1 gram buzun buhar haline gelebilmesi bir kimyasal değişiklik
gerektirir.
C. Bir maddenin katı halden sıvı hale geçişi fiziksel olaydır.
D. Maddelerin kaynama noktaları maddenin bulunduğu ortamın basıncına
bağlıdır.
E. Maddenin kimyasal değişimi, maddenin kimyasal yapısında değişiklik
gerektirir.
5. Aşağıdaki kimyasal denklemde x, y, z değerlerini bulunuz.
Ca3 (PO4)2 + xH2SO4 yCaSO4 + zCa(H2PO4)2
A. x = 2
y = 2
z = 1
B. x = 2
y = 1
z = 2
C. x = 1
y = 2
z = 2
D. x = 1
y = 1
z = 2
E. x = 2
y = 1
z = 1
6. 20 kalori kaç joule eder?
A. 2.092
B. 20.92
C. 41.84
D. 83.68
E. 418.4
7. Aşağıdaki ifadelerin hangisi yanlıştır?
A. Alkolün yanma işlemi kimyasal bir olaydır.
B. Oksijen ve hidrojenin suyu oluşturması kimyasal bir reaksiyondur.
C. Mumun yanması fiziksel bir olaydır.
D. Reaktantların toplam kütlesi ürünlerin toplam kütlesine eşittir.
E. Kimyasal denklemde reaksiyona giren maddeler belirli oranlarda birleşip,
yeni ürünler oluştururlar.
8. Aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?
A. Kalsiyum (Ca) bir elementtir.
B. Silisyum dioksit (SiO2) bir bileşiktir.
C. Bakır (Cu) bir elementtir.
D. Karbon dioksit (CO2) bir bileşiktir.
E. Azot gazı (N2) bir elementtir.
9. Aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?
A. Metan (CH4) gazının yanması endotermik bir reaksiyona örnektir.
B. Metan (CH4) gazının yanması ekzotermik bir reaksiyona örnektir.
C. Metan (CH4) gazının yanması sırasında bir enerji değişikliği olmaz.
D. Metan gazının yanması sırasında metan gazının sadece fiziksel özelliği
değişir.
E. Hiçbiri.
10. 209.2 Joule kaç kalori eder?
A. 10
B. 5
C. 25
D. 50
E. 100
Değerlendirme Sorularının Yanıtları
1. C 2. B 3. B 4. B 5. A 6. D 7. C 8. E 9. B 10. D |
