ÖĞRETİM TEKNOLOJİLERİ VE MATERYAL GELİŞTİRME

1. ÖĞRETİM TEKNOLOJİLERİ VE MATERYAL GELİŞTİRME PROJE II HAZIRLAYANLAR GİZEM ORMANCIER ARİF EKİNCİ

2. MADDENİN YAPISI

3. MADDENİN YAPISI • ELEMENTLERİN SINIFLANDIRILMASI • İYONLAR • BAĞLAR • BİLEŞİKLER • ATOMLAR, MOLEKÜLLER VE ÖLÇÜLEBİLEN KÜTLELER

4. ELEMENTLERİN SINIFLANDIRILMASI • METALLER • AMETALLER • PERİYODİK CETVEL • PERİYOTLAR VE GRUPLAR

5. METALLER • Yüzeyleri parlaktır. • Isı ve elektriği iyi iletirler. • Tel ve levha haline getirilebilirler. • Elektron vererek bileşik yaparlar. • Cıva hariç oda koşullarında katı halde bulunurlar. • Erime ve kaynama noktaları genellikle yüksektir.

6. AMETALLER • Yüzeyleri mattır, bazıları renklidir. • Isı ve elektriği iyi iletmezler. • Tel ve levha haline getirilemezler. • Elektron alarak veya elektronlarını ortaklaşa kullanarak bileşik yaparlar. • Oda koşullarında katı, sıvı veya gaz haldedirler. • Erime ve kaynama noktaları genellikle düşüktür.

7. PERİYODİK CETVEL • Elementlerin sınıflandırılması ile ilgili ilk çalışmalar ilk kez 1829’ da J. Döbereiner ve daha sonra 1864’de J. Newlands tarafından, elementlerin kimyasal özelliklerinin artan atom kütleleri ile ilişkili olduğu düşünülerek yapılmıştır. • Daha geniş kapsamlı çalışmalar 1869’ da Dmitri Mendeleyev tarafından yapılmıştır. • Moseley’ nin atomların yayınladığı X ışınları ile ilgili yaptığı denemeler sonucunda elementlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin atom kütlesine değil atom numaralarına bağlı olduğu kanıtlanmıştır.

8. Özellikleri birbirine benzeyen elementler alt alta gelecek şekilde artan atom numaralarına göre sıralandığında periyodik cetvel oluşur. • Periyodik cetvelde yatay sıralara periyot, düşey sütunlara grup denir.Gruplar A ve B olmak üzere ikiye ayrılır. • Elektron dağılımlarında en yüksek enerjili orbitallerinin türü ve bulundurdukları elektron sayısı aynı olan elementler periyodik tabloda aynı grupta bulunurlar. • Aynı grupta bulunan elementlerin elektron dağılımındaki benzerlik, benzer fiziksel ve kimyasal özellikler göstermelerine neden olur. • Periyodik tabloda elementler, elektron dağılımlarına bağlı olarak s, p, d, f şeklinde 4 bloğa ayrılır. • s ve p blok elementleri A gruplarını, d blok elementleri B gruplarını oluşturur.

9. ELEMENTLERİN PERİYODİK TABLODAKİ YERLERİNİN BULUNMASI 1) En yüksek temel enerji düzeyini gösteren baş kuantum sayısı, o elementin bulunduğu periyodu belirler. 2) En yüksek enerji düzeyindeki toplam elektron sayısı o elementin grubunu belirler. ÖRNEK: PERİYODİK CETVEL İÇİN TIKLAYIN

10. PERİYOTLAR VE GRUPLAR Elementleri, artan atom numaralarına göre yerleştirdiğimizde her periyotta kaç element olduğunu anlayabiliriz. • 1s2 1. Periyot ( 2 element) • 2s2 2p6 2. Periyot ( 8 element) • 3s2 3p6 3. Periyot ( 8 element) • 4s2 3d10 4p6 4. Periyot ( 18 element) • 5s2 4d10 5p6 5. Periyot ( 18 element) • 6s2 4f14 5d10 6p6 6. Periyot ( 32 element) • 7s2 5f14 6d10 7p6 7. Periyot (tamamlanmamıştır) Atomların temel haldeki elektron dağılımları yazıldığında, en yüksek temel enerji düzeyindeki orbitallere değerlik orbitalleri, değerlik orbitallerinde bulunan elektronlara da değerlik elektronları denir. Değerlik elektronları aynı zamanda grup numarasını belirleyen elektronlardır.

11. TOPRAK ALKALİ METALLER 2A grubu elementleridir. Birçok bileşiği ( silikatları, karbonatları, sülfatları) suda çözünmez. GRUPLARIN ÖZELLİKLERİ ALKALİ METALLER • 1A grubu elementleridir. • En aktif metallerdir. • Bıçakla kesilebilecek kadar yumuşaktırlar. (Fr hariç) • Erime noktaları diğer metallerinkinden daha düşüktür. (Cıva ve galyum hariç) • Grupta aşağıya doğru erime noktaları düşer. • Soy gazlar dışındaki ametallerle, hava ve su ile kendiliğinden tepkime verir.

12. HALOJENLER 7A grubu elementleridir. Elementel halde iki atomlu moleküller halinde bulunurlar. Oda koşullarında katı, sıvı, gaz olabilirler. Grupta aşağıya doğru erime ve kaynama noktaları yükselir. Flor hariç iyon yükleri -1’ den +7’ ye kadar değişebilir. Doğada serbest halde bulunamazlar. SOYGAZLAR Kimyasal olaylara karşı son derece isteksiz olduklarından asal gazlar da denir. Oda koşullarında hepsi gaz haldedir. Erime ve kaynama noktaları oldukça düşüktür. NOT:Son yıllarda Ksenon’ un florlu ve oksijenli bileşikleri özel koşullarda oluşturulmuştur.

13. GEÇİŞ ELEMENTLERİ Hepsi metaldir. Dövülebilir ve başka metallerle alaşım oluşturabilirler. Bileşiklerinde farklı pozitif değerlikler alabilirler. Bileşiklerinin çoğu renklidir. d bloğunda bulunurlar. İÇ GEÇİŞ ELEMENTLERİ Hepsi metaldir. f bloğunda bulunurlar Aktinitler ve Lantinitler olmak üzere ikiye ayrılırlar Aktinitlerin tamamı radyoaktiftir. Lantinitler, prometyum hariç radyoaktif değildirler. B GRUBU ELEMENTLERİ

14. İYONLAR • İYONLARIN OLUŞUMU • İYON ÇEŞİTLERİ • ATOM HACMİ • İYONLAŞMA ENERJİSİ • ELEKTRON İLGİSİ

15. İYONLARIN OLUŞUMU • Yüksüz bir atomun elektron alması veya vermesi sonucu, proton ve nötron sayısı sabit kalırken elektron sayısı değişir. • Bir atom elektron vererek (+) yüklü, elektron alarak (-) yüklü tanecikler oluşturur. • (+) ve (-) yüklü taneciklere iyon denir. • İyon yükü, element sembolünün sağ üst köşesine yazılır. ÖRNEK: • Pozitif yüklü iyonlara katyon, negatif yüklü iyonlara anyon denir. • Metaller sadece pozitif yüklü iyon oluşturur. • Ametaller hem (-) hem de (+) yüklü iyon oluşturabilirler. • Sadece pozitif ve negatif yüklü iyonlar arasında bileşik oluşur.

16. İYON ÇEŞİTLERİ

17. Bir periyotta soldan sağa doğru çekirdek yükü ve çekirdeğin elektronları çekme gücü artar.Buna bağlı olarak atom çapı küçülür. Aynı grupta yukarıdan aşağıya doğru atom numarası arttıkça enerji düzeyi seviyesi de artar.Çekirdeğin elektronları çekme gücü azalır. Bundan dolayı atom çapı artar. (-)YÜKLÜ NÖRT ATOM (+) YÜKLÜ İYON ÇAPI ÇAPI İYON ÇAPI ATOM HACMİ

18. Gaz halindeki nötr bir atomun en yüksek enerji düzeyinden bir elektron koparmak için atoma verilmesi gereken enerji miktarına iyonlaşma enerjisi denir. Gaz halindeki nötr bir atomdan bir elektronu koparmak için atoma verilmesi gereken enerjiye birinciiyonlaşma enerjisi denir. Gaz halindeki artı bir yüklü bir iyondan bir elektron koparmak için iyona verilmesi gereken enerjiye ikinci iyonlaşma enerjisi denir. Bir atom için ........ ‘ dir. Bir atomun değerlik elektronlarını koparmak için gerekli enerji, atomun diğer elektronlarını koparmak için gereken enerjiden daha küçüktür.Bir elementin iyonlaşma enerjilerini inceleyerek değerlik elektronu sayısını dolayısıyla grup numarasını belirleyebiliriz. ÖRNEK İÇİN TIKLAYINIZ İYONLAŞMA ENERJİSİ

19. İYONLAŞMA ENERJİSİNİN DEĞİŞİMİ • Periyodik tabloda, aynı periyotta soldan sağa doğru çekirdek yükü artar. Değerlik elektronları çekirdek tarafından daha kuvvetli çekilir. Bundan dolayı elektronu koparmak güçleşir ve iyonlaşma enerjisi artar. • Periyodik tabloda, aynı grupta yukarıdan aşağıya doğru atom çapı artar.Çekirdeğin elektronları çekim gücü azalır. Bu nedenle elektronu koparmak için az enerji gerekir. Böylece iyonlaşma enerjisi azalır.

20. İYONLAŞMA ENERJİLERİNDE SAPMA • Bir atomun değerlik orbitalleri s1,p3,d5,f7 şeklinde yarı dolu veya s2,p6,d10,f14 şeklinde dolu ise o atom küresel simetrik yük dağılımına sahiptir. • Küresel simetrik yapı atoma kararlılık kazandırdığından elektron koparılması oldukça zordur. Bu nedenle periyotlarda yer alan elementlerin iyonlaşma enerjilerinde sapma gözlenir. • Birinci iyonlaşma enerjilerinin bir periyotta sıralanışı ; 1A3A2A4A6A5A7A8A şeklindedir.

21. İYONLAŞMA ENERJİLERİNİN ATOM NUMARASI İLE DEĞİŞİMİ

22. ELEKTRON İLGİSİ • Gaz halindeki yüksüz bir atomun, bir elektron kazanarak negatif yüklü iyon haline geçmesi sırasındaki açığa çıkan enerjiye elektron ilgisi denir. X(g) + e- X-(g) + enerji(elektron ilgisi) • Ametallerin elektron ilgileri metallerden daha yüksektir. • Soy gazların elektron ilgileri çok düşüktür. • Bazı elementler için elektron ilgisi henüz saptanamamıştır.

23. BAĞLAR • ATOMLARI BİRARADA TUTAN KUVVETLER • İYONİK BAĞ • KOVALENT BAĞ • METALİK BAĞ • VAN DER WAALS ETKİLEŞİMİ • DİPOL-DİPOL ETKİLEŞİMİ • HİDROJEN BAĞI

24. ATOMLARI BİRARADA TUTAN KUVVETLER • Atomlar başka atomlarla elektron alış verişi yaparak veya elektronlarını ortaklaşa kullanarak bileşik oluştururlar. • Atomların bileşik oluşturmalarının nedeni daha düşük enerjili, daha kararlı hale ulaşma eğilimleridir. • Değerlik elektronları bir atomun en yüksek enerji düzeyinde bulunan ve kolay koparılan elektronlarıdır. • Değerlik orbitallerinin tamamen dolu olması atoma kararlılık kazandırır. • Soy gazların dışındaki atomlar kararlı hale ulaşmak için en son enerji düzeyindeki elektron sayılarını 2 veya 8’ e tamamlamak için ya elektron alış verişi yaparlar ya da elektronlarını ortaklaşa kullanırlar. • Aynı ya da farklı tür atomların, kuvvetli etkileşimlerle bir arada tutulmalarını sağlayan kuvvetlere kimyasal bağ denir.

25. İYONİK BAĞ • Periyodik cetvelde 1A, 2A ve 3A grubunda yer alan atomlar, elektron dağılımları ile ilgili olarak sırasıyla 1, 2, ve 3 elektron kaybederek soy gaz elektron dağılımına sahip + yüklü iyonlar oluşturma eğilimi gösterirler.Diğer taraftan 5A, 6A ve 7A grubu elementlerinin çoğu ametaldir.Ametaller soy gaz elektron dağılımına ulaşmak için elektron alarak – yüklü iyon oluşturma eğilimi gösterirler. • Metallerin ametaller ile tepkimesi sonucunda oluşan bileşiklerde, atomları bir arada tutan kuvvetler, pozitif ve negatif iyonlar arasındaki elektrostatik çekim kuvvetidir. O halde katyonlar ve anyonlar arasındaki çekim kuvvetiyle açıklanabilen kimyasal bağlara iyonik bağdenir. • İyonik bağlı bileşiklerde çok sayıda iyonun birbirini çekmesiyle düzgün bir kristal örgü yapısı oluşur. • İyonik bileşikler normal şartlarda katı halde bulunur.

26. KOVALENT BAĞ • Bazı bileşiklerdeki atomları bir arada tutan kuvvet ,her atomun en dış kabuğundaki elektronların ortaklaşa kullanılması sonucu oluşur.Elektronların ortaklaşa kullanılması sonucu oluşan kimyasal bağlarakovalent bağdenir. • Kovalent bağ genellikle iyonlaşma enerjileri ve elektron ilgileri birbirine çok yakın olan ametal-ametal atomları arasında oluşur. • Bir atomun oluşturabileceği bağ sayısı, o atomun değerlik orbitallerindeki eşleşmemiş elektronların sayısı kadardır. • Aynı tür iki ametal atom arasında elektronların ortaklaşa kullanılması sonucu oluşan bağa apolar kovalent bağ denir. • Farklı iki ametal atom arasında elektronların ortaklaşa kullanılması sonucu oluşan bağa, polar kovalent bağdenir.Oluşan moleküle de kutuplu (polar) molekül denir.

27. METALİK BAĞ • Metal atomlarının değerlik orbitallerinin sayısı değerlik elektronlarının sayısından fazla olduğu için boş değerlik orbitalleri içerir. • Değerlik elektronları, çekirdek tarafından zayıf kuvvetle çekildiği için boş orbitallerde gezinebilir. Ayrıca komşu atomların çekirdekleri tarafından da çekilerek onların değerlik orbitallerinde de gezinebilirler. • Metal atomlarının değerlik elektronlarının, birden fazla metal atomunun çekirdeği tarafından çekilmesi sonucunda oluşan bağa metalik bağdenir.

28. VAN DER WAALS ETKİLEŞİMLERİ • Soy gazlar ve apolar moleküller oda koşullarında gaz halindedir. Bu gazlar soğutulduğunda ve yüksek basınç uygulandığında sıvı hale geçer. • Moleküller birbirine yaklaştığında elektron dağılımlarındaki simetri bozulabilir.Elektronların yoğun olduğu yerler kısmen (-) , diğer taraf da kısmen (+) yükle yüklenir.Bu kuvvetin etkisiyle moleküller arasında oluşan etkileşime van der Waals etkileşimleri denir. • Van der Waals etkileşimlerinin kuvveti molekül büyüklüğü arttıkça artar.

29. DİPOL-DİPOL ETKİLEŞİMİ • Ametallerin oluşturduğu polar moleküllerde atomların bağ elektronlarını çekme kuvvetleri farklıdır. Bu moleküllerde (+) ve (-) kutuplar bulunur.İki polar molekül birbirine yaklaştığında zıt yüklü kutuplar arasında elektrostatik çekim kuvveti oluşur. Bu kuvvete dipol-dipol etkileşimi denir. • Dipol- dipol etkileşimi, iyonlar arası etkileşimden daha zayıf, van der Waals çekim kuvvetlerinden daha büyüktür.

30. HİDROJEN BAĞI • Hidrojen atomunun F, O, ve N atomlarıyla oluşturduğu moleküllerde, molekülün hidrojen tarafı kısmen pozitif, diğer tarafı da kısmen negatif yüklüdür. Bu bileşiklerde bir molekülün (+) yüklü hidrojeni ile diğer molekülün (-) yüklü atomu arasında moleküller arası elektrostatik çekim kuvveti oluşur. Bu kuvvete hidrojen bağıdenir. • Hidrojen bağı aynı iki molekül arasında oluşabildiği gibi farklı iki molekül arasında da oluşabilir. • Hidrojen bağı içeren bileşiklerin kaynama noktaları, içermeyenlere göre daha yüksektir.

31. BİLEŞİKLER • İYON YAPILI BİLEŞİKLER • MOLEKÜL YAPILI BİLEŞİKLER

32. İYON YAPILI BİLEŞİKLER • Metal ve ametal atomları arasında elektron alış verişi ile oluşan bileşiklere iyon yapılıbileşiklerdenir. • Katı halde elektriği iletmezler. • Suda çözündüklerinde ya da eritildiklerinde iyonlarına ayrıldığından elektriği iletirler. • Oda koşullarında katı haldedirler. • Erime ve kaynama noktaları yüksektir.

33. MOLEKÜL YAPILI BİLEŞİKLER • Genellikle ametal atomları arasında elektronların ortaklaşa kullanılması ile oluşan bileşiklere molekül yapılı bileşikler denir. • Genellikle suda moleküller halinde çözündüğünden sulu çözeltileri, katı ve sıvı halleri elektriği iletmez. • Erime ve kaynama noktaları düşüktür. • Oda koşullarında katı, sıvı ve gaz halinde bulunabilirler.

34. ATOMLAR, MOLEKÜLLER VE ÖLÇÜLEBİLEN KÜTLELER • MOL VE AVOGADRO SAYISI • MOL KÜTLESİ

35. MOL VE AVOGADRO SAYISI • Bilim adamları atomları ve molekülleri sayılabilecek birimlerle ifade etmek için, 12C izotopunu karşılaştırma atomu olarak kabul etmişlerdir.Bir tane 12C izotopunun kütlesinin 1/12 ‘ ine bir atomik kütle birimi denir. Kısaca akb ile gösterilir. • Yapılan çalışmalar sonunda 12,000 gram 12C’ de 6.022x1023 tane karbon atomu bulunduğu saptanmıştır. Bu sayı avogadro sayısı olarak bilinir.12 adet kaleme bir düzine dendiği gibi, 12,000 gram 12C’ de bulunan atom sayısı kadar tanecik içeren madde miktarına da bir mol denir.Mol sayısı n ile gösterilir. • Maddelerin bir molünün içerdiği tanecik sayısına avogadro sayısı denir ve NA sembolü ile gösterilir. • Mol Sayısı = tanecik sayısı / avogadro sayısı Yani; n= N / NA ÖRNEK İÇİN TIKLAYINIZ

36. ATOM KÜTLESİ • Bir atomun kütlesinin C –12 izotopunun kütlesinin kaç katı olduğunu gösteren sayıya atom kütlesi denir. Birimi akb’ dir. ÖRNEKLER • 1 H atomunun kütlesi = 1 akb • 1 O atomunun kütlesi = 16 akb • 1 Fe atomunun kütlesi = 56 akb ‘ dir. • Bir elementin atom kütlesi (ortalama atom kütlesi), izotoplarının kütlelerinin ağırlıklı ortalamasıdır. ÖRNEK İÇİN TIKLAYINIZ

37. MOL KÜTLESİ • 1 mol element atomunun gram cinsinden kütlesine ,o elementin mol kütlesi denir.Birimi g/ mol ‘ dür. 1 mol Na atomu = 6,02x1023 tane Na atomu = 23 g 1 mol N atomu = 6,02x1023 tane N atomu = 14 g • Bileşiğin mol kütlesi, bileşiğin 1 mol taneciğinin kütlesidir.Birimi g/ mol ‘ dür. 1 mol H2O molekülü = 6,02x1023 tane H2O molekülü = 18 g 1mol NH3 molekülü = 6,02x1023 tane NH3 molekülü = 17 g • MOL SAYISI= KÜTLE / MOL KÜTLESİ Yani n(mol) = m(g) / M(g/mol) ÖRNEK İÇİN TIKLAYINIZ

38. BERİLYUM ELEMENTİNİ İNCELEYELİM Elektron dağılımı İyonlaşma Tepkimeleri ve orbital şeması Be(g) +900 kj/mol Be+(g) +e- E1=900 kj/mol Be+(g) +1757 kj/mol Be+2(g)+ e- E2=1757 kj/mol Be+2(g) +14845 kj/mol Be+3+e- E3=14845 kj/mol E1 ve E2 ‘ nin E3’ ten çok küçük olmasının nedeni Berilyumun değerlik elektron sayısının 2 olmasıdır.Kolay koparılan elektronlar değerlik elektronlarıdır. O halde bu elementin grup numarası 2’ dir.

39. NaCl molekülünde iyonik bağlanma

40. PCl5 ve O2 molekülünde kovalent bağlanma

41. Polar Kovalent Bağ

42. Metalik Bağda Elektronların Hareketi

43. Van der Waals Etkileşiminin Şematizesi

44. Su Molekülleri Arasında Hidrojen Bağı

45. NaCl Kristali

46. Örnek: 3.01x1022 tane Mg atomu kaç moldür? • Çözüm: n =N / NA = 3.01x1022 / 6.02x1023 n =0.05 mol Mg atomu Örnek: 2 mol Cu atomu kaç tane Cu atomu içerir? • Çözüm: n = N / NA 2= N / 6.02x1023 N= 1.204x1024 tane bakır atomu içerir.

47. Klor elementinin izotopları ve doğada bulunma yüzdeleri %75,77 ve %24,23 olduğuna göre: Klor elementinin ortalama atom kütlesi = 35x75,77+37x24,23 =35,48 akb’dir. 100

48. Örnek:Al2(SO4)3 bileşiğinin mol kütlesini hesaplayalım. ÇÖZÜM: Al2(SO4)3 3x4 = 12 mol O atomu =12x16 = 192 g 3x1 = 3 mol S atomu = 3x32 = 96 g 2x1 = 2 mol Al atomu = 2x27 = 54 g Al2(SO4)3 ‘ ın mol kütlesi = 192 + 96 + 54 = 342 g ÖRNEK: 34 g NH3 kaç moldür? ÇÖZÜM: NH3 ‘ ün mol kütlesi = 1x14 +3x1 = 17 g n = m / M  n = 34 / 17 = 2 mol ‘ dür.