8.BÖLÜM:5A GRUBU ELEMENTLERİ

1. 8.BÖLÜM:5A GRUBU ELEMENTLERİ

2. 8.1. Havadan azot elde etme yöntemi, Temiz hava kompresöre beslenir ye soğutma biriminde soğutulur. Soğuk hava genleşme vanasından geçirilir ve sıvılaşıncaya kadar soğutulur. Sıvı hava, içindeki katı CO2 ye hidrokarbonlardan arındırmak için süzülür ve daha sonra damıtılır. Sıvı hava damıtma kolonunun üst tarafına gönderilir. • Burada en uçucu (kaynama noktası en düşük) bileşen olan azot ortamdan ayrılır. Kolonun ortalarında argon gaz haline gelerek ayrılır. En az uçucu bileşen olan sıvı oksijen kolonun dibinde toplanır. Azot,argon ye oksijenin kaynama noktaları, sıra ile 77,4, 87,5 ve 90,2 K dir.

3. 8.2. Azot molekülünün yapısı özellikleri ve kullanım alanları, Azot birçok bileşikte bulunmasına rağmen, N2 oldukça inerttir. N2'nin inertliği ve tepkime verme hızının düşük oluşu birkaç etkenden ileri gelmektedir. NΞN bağının kuvvetli olması nedeniyle aktivasyon enerjisi yüksektir. 2. N2 molekülünün polarlanabilirliği düşüktür. Bu durum, nükleofil ya da elektrofil yer değiştirme tepkimelerinde ara ürün (polar geçiş hali) oluşumunu güçleştirmektedir. Bunların bir sonucudur ki, azotun allotropları mevcut değildir. Oda sıcaklığında birkaç güçlü indirgenden elektron alabilmektedir. Bu indirgenlerden biri Iityumdur. Lityum ile oda sıcaklığında yavaş bir etkileşim sonucu Li3N oluşmaktadır. N N

4. 8.2. Azot molekülünün yapısı özellikleri ve kullanım alanları, • Özellikleri; • Her şeyden önce elektronegatifliği oldukça yüksektir. • Değerlik kabuğunda d alt kabuğunun olmaması nedeniyle, dörtlü koordinasyondan yüksek moleküler bileşikleri yok denecek kadar azdır. • Bakterilerin oda sıcaklığında N2'yi birçok bileşiğe dönüştürmesi, N2'nin etkinleştirilmesi konusunda önemli ipuçları vermektedir. • N2, nitrojenaz enzimi ile NH4+ ya dönüşmektedir. Bu enzim üzerinde yapılan araştırmalarda enzimin demir ve molibden içerdiği belirlenmiştir. • Kullanıldığı yerler; • Atmosferin hacimce %78'ini oluşturan azot, sıvı havanın damıtılmasıyla üretilir. • Üçlü bağ içerdiğinden oldukça kararlıdır ve tepkimeye girme yatkınlığı düşüktür. • Bu nedenle, oksijen ve neme duyarlı tepkimelerin gerçekleştirilmesinde, inert ortam olarak azot gazı kullanılır. • Sıvı azot düşük sıcaklıkta gerçekleştirilen tepkimeler için uygun bir soğutucudur.

5. 8.3. Azotun farklı yükseltgenme basamaklarında bulunduğu bileşikleri, Azot değişik bileşiklerinde farklı değerliklere sahip olabilmektedir. Eksi yükseltgenme basamağı sadece -3 değil, -2,-1 (NH2OH, N2H4) yükseltgenme basamağında da buluna bilirler. Azit ya da trinitrit (N3-) iyonunda azotun yükseltgenme basamağı -1/3 tür. Azit iyonu, hidrazoik (HN3) asidinin eşlenik bazıdır. Azot +1 ben +5 e kadar farklı pozitif yükseltgenme basamaklarında da buluna bilirler. Örnek olarak; N2O, NO, N2O3, NO2 ve N2O5 bileşikleri verile bilir.

6. 8.4. Azot oksitlerinin oluşumu ve çevre için zararlı etkileri, Azotun Oksitieri : Azot oksitlerin ilginç özelliklerinden birisi oluşum serbest enerjilerinin pozitif olmasıdır. Bu özellik oksitlerin termodinamik olarak kararsızlığının bir ölçüsüdür. N2O tin oda sıcaklığında bozunmamasının sebebi bozunma entalpisinin yüksek olmasından kaynaklanmaktadır. 32,5 °C ve 1 atm basınçta süblimleşen bir katı olan N2O5 hariç, azotun tüm oksitleri 25 °C de gazdır. Kahverengi NO2(g) ve onun renksiz dimeri N2O4(g) arasındaki denge nedeniyle; yaklaşık -10 °C ile 140 °C arasındaki sıcaklıklarda bu gazları saf olarak elde etmek mümkün değildir. Düşük sıcaklıklarda N2O4 saf bir katı olarak elde edilebilir. 140 °C nin üzerindeki gaz fazı dengesinde, dengenin yönü daha çok NO2(g) lehinedir. N2O3 katı halde açık mavi, sıvı halde daha canlı mavi bir renktedir.

7. 8.4. Azot oksitlerinin oluşumu ve çevre için zararlı etkileri,

8. 8.4. Azot oksitlerinin oluşumu ve çevre için zararlı etkileri,

9. 8.4. Azot oksitlerinin oluşumu ve çevre için zararlı etkileri,

10. 8.5. Başlıca azot bileşiklerinin elde ediliş yöntemleri ve kullanım alanları, Azot Hidrürler Azotun oluşturduğu hidrürler NH3 (amonyak), N2H4 (hidrazin), N2H2 (diazen ya da diimit) ve HN3 (hidrazoik asit)'tür.

11. 8.5. Başlıca azot bileşiklerinin elde ediliş yöntemleri ve kullanım alanları, Doğada amonyak, atmosferik N2'den azot-bağlayıcı bakteriler tarafından üretilir. Bakterilerde bulunan nitrojenaz enzimi NH3 oluşumunu katalizlemektedir. Endüstride ince öğütülmüş demir katalizörlüğünde H2 ve N2'den NH3 elde edilir: Üretilen amonyak gübrelerde, patlayıcı maddelerin sentezinde, sentetik elyaf üretiminde, çok çeşitli organik ve inorganik bileşiklerin sentezinde kullanılır. Hidrazinin oksijen ile yükseltgenmesi ekzotermiktir. Bu nedenle hidrazin ve metil türevleri roket yakıtlarında kullanılmaktadır

12. 8.5. Başlıca azot bileşiklerinin elde ediliş yöntemleri ve kullanım alanları, Nitrürler: Azot, İyonik (tuz benzeri) nitrürlerde, azot N3- iyonu olarak bulunur. Bu bileşikler lityum ve grup 2 deki metallerle oluşur. Sözgelimi, magnezyum havada yandığı zaman, ana ürün olarak meydana gelen magnezyum oksit yanında, az miktarda magnezyum nitrür de vardır. Nitrür iyonu çok kuvvetli bir bazdır. Sulu çözeltide, su molekülünden protonları alarak amonyak ve hidroksit iyonlan oluşturur.

13. 8.5. Başlıca azot bileşiklerinin elde ediliş yöntemleri ve kullanım alanları, Azit: Azotun, azit ya da trinitrit (N3-) iyonunda azotun yükseltgenme basamağı -1/3 tür. Azit iyonu, hidrazoik (HN3) asidinin eşlenik bazıdır. Yüksek sıcaklıkta NO3- ya da N2O'nun NaNH2 (sodarnit) ile yükseltgenmesinden elde edilir. N3- iyonu metal katyonlarına karşı iyi bir liganddır. Pb(N3)2 ve Hg(N3)2 gibi ağır metal kompleksleri patlayıcıdırlar. NaN3 tuzları termodinamik alarak kararsız, buna karşın kinetik olarak kararlıdır. Alkali metal tuzları ısıtıldığında N2 açığa çıkar.  

14. 8.6. Fosfor elementinin elde ediliş yöntemini ve allotroplarının özellikleri, 8.6. 1. Fosfor elementinin elde ediliş yöntemi, Fosfor, yeryüzünde kütlece % 0,11 lik bir oranla onbirinci sırada yer alan bir element olmasına rağmen, 1669 yılına kadar keşfedilemedi. İlk olarak bozunmuş idrardan (hoş olmayan ama iyi bir kaynak) elde edildi. Günümüzde fosfor bileşiklerinin ana kaynağı, apatitler olarak bilinen florapatit [Ca5(PO4)3F, 3Ca3(PO4)2. CaF2] ve bir mineral sınıfı olan fosfat kayalarıdır. Elementel fosfor, fosfat kayası, silisyum dioksit (SiO2) ve kok (C) karışımının bir elektrik fırınında ısıtılmasıyla elde edilir. Net tepkime eşitliği aşağıdaki gibidir. P4(g), yoğunlaştırılıp toplanır ve beyaz fosfor olarak su altında saklanır.

15. 8.6.2.Fosfor elementinin allotropları ve özellikleri, Fosforun yaygın olarak kullanılan iki allotropu beyaz fosfor ve kırmızı fosfordur. Beyaz fosfor; Beyaz fosfor beyaz, mumsu ve bıçakla kesilebilen fosforesan (fosforesan bir madde karanlıkta ışıldar) bir katıdır. Beyaz fosfor, elektriği iletmeyen, havada kendiliğinden tutuşabilen (bu yüzden su altında saklanır) bir maddedir. Beyaz fosforun temel yapı birimleri P4 molekülleridir. P4 molekülü her köşede bir P atomunun olduğu dörtyüzlü yapıdadır. P4 de P-P bağlan 3p orbitallerinin örtüşmesiyle oluşur. Normal olarak böyle örtüşmeler 90° bağ açıları 60° dir. Bu bağlara gerilimli bağlar denir ve beklenildiği gibi, gerilimli bağlar içeren moleküller etkindir. Beyaz fosfor havada kendiliğinden yanarak fosfor trioksit ve pentaoksit verir. Halojenlerle, kükürt ve bazı metallerle de tepkimeye girer. Kibrit, cephane, böcek öldürücü, çelik, fosfor tuncu, fosforik asit ve fosfatlı gübre yapımında kullanılır. Beyaz fosfor, sodyum hidroksit çözeltisiyle kaynatıldığında renksiz, son derece zehirli bir gaz olan fosfin (PH3)e dönüşür. Bu gaz kimyasal silâh olarak kullanılmıştır. Fosfor yaşam için de gerekli bir elementtir. Kemikte kalsiyum fosfat biçiminde bulunur. Canlı dokulardaki yüksek enerjili bir dizi bileşiği de fosfatlar (özellikle adenosintrifosfat, ATP) oluşturur.

16. 8.7. Fosforik asitlerin ve tuzlarının kullanım alanları, özellikleri, Krmızı fosfor; Beyaz fosfor havasız yerde 300 °C dolayında ısıtıldığı zaman kırmızı fosfora dönüşür. Burada, her P4mülekülündeki bir P-P bağı kopar ve böylece oluşan parçalar uzun zincirler oluşturmak üzere birbirlerine bağlanırlar. Kırmızı P beyaz P dan daha az etkindir. Kırmızı ve beyaz fosforun temel yapı birimlerindeki atom düzenleri farklı olduğundan, bunlara fosforun allotropları denir. Kırmızı fosforun üçlü noktası 590 °C ve 43 atmdir. Bu nedenle yaklaşık 420 °C civarında erimeden süblimleşir. Kırmızı Fosfor, beyaz fosforun polimerleşmesi gibi düşünüle bilir. Elementel fosfor kolayca oksitlenir ve bu yüksek reaktivite sonucunda tehlikeli sonuçlar oluştura bilir ancak, kırmızı fosfor daha az reaktiftir. Kırmızı fosfor kibrit yapımında kullanılır. Kiprit Üretimi: 1831 yılında kullanılışı basit ilk kibrit beyaz fosfor kullanılarak yapılmıştır. Kokusuz kibrit olmasına rağmen beyaz fosforun zehirli olmasından dolayı pek tutulmamıştır. 1855'de İsveçli JohanEdvardLundstrom ilk güvenlik kibritinin patentini almayı başarmıştır. Yaptığı kibrit ise bir kutunun dış yüzeyine kırmızı fosfor sürüp kalan kimyasal maddeleri ise kibrit çöpünün uç kısmına yerleştirilmesi sonucu meydana geliyor. Beyaz fosforun zehirinden ve sürtünme kibritlerinde görünen şiddetli alev alma sorunlarını gidermiştir. 1889'da JoshuaPusey, ilk kibrit kutusunu icat edip patentini almış, 1896'da patentini DiamondMatchCompany'ye 4000 dolar ve bir iş karşılığında satmıştır.

17. 8.7. Fosforun önemli bileşiklerinin kullanım alanları ve özellikleri, (Oksitleri, asitleri ve tuzları) Fosforun oksitleri: Fosforun en önemli bileşikleri, fosforun +3 ve +5 yükseltgenme basamaklarına sahip olduğu oksit ve oksiasitlerdir. P4 un sınırlı miktarda O2(g) ile tepkimesi P4O6 oluşturur ve aşırı O2(g) kullanılırsa P4O10 elde edilir. Fosfor oksitler için yazabileceğimiz en basit formüller ve adları sıra ile P2O3 (fosfor trioksit) ve P2O5 (fosfor pentoksit) dir. Bununla beraber P2O3 ve P2O5 sadece basit formüllerdir. Bu oksitlerin gerçek molekül formülleri, P4O6 ve P4O10 dır. Her bir oksit molekülünün yapısı P4 dörtyüzlüsüne dayanır ve bunun için her molekül dört P atomuna sahip olmalıdır. P4O6 molekülündeki P4 dörtyüzlüsünde P atomlan birbirlerine çifter çifter O atomlanyla bağlanır ve bu da her P4 dörtyüzlüsü başına altı O atomu anlamına gelir. P4O10 molekülünde ise altı O köprü atomuna ek olarak her köşe P atomuna bir O atomu daha bağlanır. Bu da, P4 dörtyüzlüsü başına toplam on O atomu anlamına gelir.

18. 8.7. Fosforun önemli bileşiklerinin kullanım alanları ve özellikleri, (Oksitleri, asitleri ve tuzları) Fosforun oksi asitleri; P2O3 (fosfor trioksit) ve P2O5 (fosfor pentoksit) her ikisi de asit anhidrit olan fosfor oksitleri suyla etkileşince oksi asitler verirler. Fosforik asidin çoğu, sülfürik asidin fosfat kayası ile etkileştirilmesinden elde edilir.

19. 8.7. Fosforun önemli bileşiklerinin kullanım alanları ve özellikleri, (Oksitleri, asitleri ve tuzları) Yapıları zincir şeklinde olan fosforik asitlere polifosforik asitler ve tuzlarına da polifosfatlar denir. Özellikle canlı organizmalarda bulunan polifosforik asitlerin iki önemli türevi ADP ve ATP dir.

20. 8.7. Fosforun önemli bileşiklerinin kullanım alanları ve özellikleri, (Oksitleri, asitleri ve tuzları) Fosforun tuzları (fosfatlar): PO4 -3 iyonunun değişik element ve köklerle yaptıkları bileşiklere genel anlamda fosfatlar denir. Tabiatta en yaygın bulunan fosfat minerali apatit [Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)] olup yapısı şekilde gösterilmektedir. (PO4) gruplarının oksijenleri iki farklı yapısal yerde bağlantı gösterirler. Ca, bunlardan birinde düzensiz 9’lu koordinasyon diğerinde ise 8’li koordinasyon halindedir. Her F (Cl veya OH) üç Ca ile bir üçgen meydana getirir. Apatit hem anyonlar hem de katyonlar ile çeşitli katı eriyikler yapar. Florapatit [Ca5(PO4)3F] en yaygın bulunan apatit türüdür. Klorapatit [Ca5(PO4)3F] ve hidroksilapatit [Ca5(PO4)3OH] ise daha seyrek olarak bulunurlar. F, Cl ve OH, birbirinin yerini alarak tam katı eriyik serileri meydana getirebilirler. Seyrekte olsa doğada bulunan diğer fosfat bileşikleri; Litiofilit: Li(Mn, Fe)PO4, Monazit (Ce,La,Y,Th)PO4, Apatit: Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) Piromorfit: Pb5(PO4)3Cl, Ambligonit LiAlPO4F, Lazulit: (Mg,Fe)Al2(PO4)2(OH)2 Skorzalit: (Fe,Mg)Al2(PO4)2(OH)2, Vavellit : Al3(PO4)2(OH)3.5H2O, Turkuaz: CuAl6(PO4)4(OH)8.4H2O

21. 8.8. Fosfatlı gübreler ve deterjanlardan kaynaklanan çevre sorunlarını, Gübre ve deterjanların içerdiği fosfatlı bileşikler değişik yollarla çevreye yayılmakta ve çevresel sorunlara yol açmaktadır. Fosfor, bitkilerin büyümesi için zorunlu bir besin olduğundan, fosfatlar gübre olarak çok kullanılır. Fazla gübre kullanımı, göl ve akarsuların fosfat kirlenmesine ve bunun sonucunda da özellikle deniz yosunları olmak üzere bir bitki büyümesi patlamasına neden olabilir. Deniz yosunları suda çözünmüş O2 derişimini düşürür ve O2nin bu eksikliği de balıkları öldürür. Besin maddeleri ile zenginleşmelerinin bir sonucu olarak tatlı su kitlelerinde oluşan bu tür değişmeye ötrofikasyondenir. Bu, jeolojik çağlar boyunca meydana gelen doğal bir süreç olup insan etkinlikleriyle büyük çapta hızlandırılır. Bunun için çevreye fosfat ulaşımının azaltılması, lağım sularının arıtma tesislerinde işlenmesi ve fosfatın lağım sularından uzaklaştırılması gerekmektedir.

22. 8.9. 5A grubundaki diğer elementlerin ve bileşiklerinin kullanım alanları, Arsenik, As sembolü ile gösterilen ve periyodik cetvelin 5A grubunda bulunan bir elementtir. Arsenik, bileşiklerinde 5+, 3+ ve -3 değerlikleri alabilir. Arsenik, arsenik içeren metal sülfürler ısıtılarak elde edilir. Örneğin, FeAsS ısıtıldığında FeS ve As(g) verir. As(g), As(k) halinde yoğunlaştırılıp toplanır ve sonra diğer bileşiklerin elde edilmesinde kullanılabilir. Arseniğin bir kısmı CO(g) ile arsenik (III) oksitin indirgenmesinden de elde edilebilir. Arseniğin üç allotropu mevcuttur. Bunlardan gri arsenik metalik halde bulunur ve kararlıdır. Bunun yoğunluğu büyüktür. Sarı arsenik ametalik halde olup dört atomlu As4 moleküllerden meydana gelir ve uçucudur. Bu, arsenik buharının ani soğutulması ile elde edilir. Amorf olan siyah arsenik, arsin'in (AsH3), ısı ile bozunmasından elde edilir.Arsenik; bronz eldesinde, pirotekni alanında, mermi ve güllelerin sertliğinin ve şeklinin sağlanmasında kullanılır. Bazı bileşikleri tarım alanında böcek öldürücü ya da zehir olarak kullanılmaktadır. Transistörler gibi hareketli parçaları bulunmayan aygıtların yapımında da son zamanlarda önem kazanmıştır. Lazerlerin, LED'lerin ve yarıiletkenlerin de yapısına katılır. Solunduğunda güçlü bir karsinojen (kanser yapıcı) olan arsenik, bağırsaklar ve karaciğer üzerinde yüksek derecede tahribata neden olur. Zararlılarla mücadele için kullanılan kimyasalların ve ahşap koruyucuların bileşiminde bulunan arsenik, yutulması durumunda zehir etkisi gösterir.

23. 8.9. 5A grubundaki diğer elementlerin ve bileşiklerinin kullanım alanları, Antimon (Sb), periyodik tablonun 5-A grubunda yer alan elementtir. Periyodik tablonun 51. Elementidir (Atom numarası: 51). Erime noktası 630, kaynama noktası ise 1380 derecedir. Doğal antimon, sülfürlerden (Sb2S3) elde edilir. Metale benzeyen, kırılabilen ve kolayca toz durumuna getirilebilen gümüş beyazı renginde bir katıdır. Antimon türevleri tıpta balgam söktürücü olarak kullanılır. Kimyada da alaşımlarda kullanılır. Bazı tuzları bazı hastalıkların tedavisinde etkili maddelerdir. Ayrıca akülerde de kullanıldığı bilinir. Cephane yapımında, cam ve seramik sanayinde ve renklendirmede kullanılır.

24. 8.9. 5A grubundaki diğer elementlerin ve bileşiklerinin kullanım alanları, Antimon (Sb), periyodik tablonun 5-A grubunda yer alan elementtir. Periyodik tablonun 51. Elementidir (Atom numarası: 51). Erime noktası 630, kaynama noktası ise 1380 derecedir. Doğal antimon, sülfürlerden (Sb2S3) elde edilir. Metale benzeyen, kırılabilen ve kolayca toz durumuna getirilebilen gümüş beyazı renginde bir katıdır. Antimon türevleri tıpta balgam söktürücü olarak kullanılır. Kimyada da alaşımlarda kullanılır. Bazı tuzları bazı hastalıkların tedavisinde etkili maddelerdir. Ayrıca akülerde de kullanıldığı bilinir. Cephane yapımında, cam ve seramik sanayinde ve renklendirmede kullanılır.

25. 8.9. 5A grubundaki diğer elementlerin ve bileşiklerinin kullanım alanları, Bizmut (sembolü Bi), periyodik tabloda 5-A grubunda yer alan atom numarası 83 olan elementtir. Atom ağırlığı 208,98 g/mol, oda sıcaklığındaki yaklaşık yoğunluğu 9,8 g/cm³, atom yarıçapı 160pm'dir. Erime noktası 271,3 santigrat derece, kaynama noktası 1564 santigrat derecedir. Bizmut gri renkli bir metaldir. Doğada serbest olarak ya da sülfür ve oksitleri halinde bulunur. Bizmut filizlerinin hidrometalik ya da pirometalurjik işlemler sonucu yoğunlaştırılmasıyla ya da bakır ve kurşun cevherlerinin saflaştırılmasından yan ürün olarak elde edilir. Bizmutun, katı hale geçerken %3,32 oranında genleşmek gibi ilginç ve farklı bir özelliği vardır. Bu yüzden alaşımları, yüksek sıcaklıklardan zarar görebilecek malzemelerin yapısında kullanılmaya son derece uygundur. Bu alaşımlar ayrıca, bizmutun soğudukça genleşme özelliği nedeniyle, sıvı olarak döküldükleri kapta soğuyup katı hale geçerken, kabın şeklini alırlar. Kalay ve kadmiyum gibi metallerle oluşturduğu, erime noktası düşük alaşımlar, yangın alarmları ve söndürücü güvenlik donanımlarının yapımında kullanılır. İşlenebilir demir yapımında ve akrilik elyaf eldesinde katalizör olarak kullanılır. Bilinen en yüksek elektronegatifliğe sahiptir. Lastik üretiminde, cam ve seramik sanayinde, eczacılıkta ve parfümeride de kullanımı vardır. Isıluç olarak da kullanılan bizmut, nükleer santrallerde U-235 ve U-233 izotoplarını içeren yakıtların taşınmasında kullanılmaktadır. MnBi'den elde edilen "Bismanol" adlı alaşım, yüksek kaldırma kuvvetine sahip, kalıcı bir mıknatıstır.