Prof. Dr. Baki Hazer Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü

1. Prof. Dr. Baki Hazer Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü GENEL KİMYA I

2. Dersin Künyesi

4. Kimya ve bilim. Ölçme ve Sonuç Bildirme. Üslü sayılar. BİRİNCİ HAFTA

5. KİMYA VE BİLİM Kimya; organik, inorganik, analitik, fizikokimya (+ polimer kimyası ve teorik kimya) ve biyokimya alanlarını içine alır.

6. Ölçme ve Sonuç Bildirme Kimya deneysel bir bilimdir. Deneyler yapılarak bir takım ölçüler alınarak bir sonuca varılır. Deneylerde hatanın en az olması istenir. Deney hataları; deney yapanın kendisinden, seçilen yöntemin uygunluğundan, kullanılan bağıntılardan ve ölçü aletlerinin durumundan kaynaklanabilir. Kimyada deneylerin tekrarlanabilirliği temel esastır.

7. Anlamlı Rakam Sayısı Sayılar, kesin sayılar ve ölçme sayıları olarak ikiye ayrılırlar. Kesin sayılar belirsizliği olmayan sayma sayıları ve tanım sayılarıdır. Ölçme sayıları ise bir ölçme sonucu elde edilen ve son hanesinde belirsizlik bulunan sayılardır. Hiç bir ölçme sonucunda kesin sayılar elde edilemez. Ölçme sayılarının da son hanesindeki rakamda belirsizlik vardır. Fakat son hanedeki rakamın önündeki rakamlar kesin olarak bilinen rakamlardır. Kesin olarak bilinen rakamlarla belirsizlik olan rakamların tümüne birden anlamlı rakamlar denir: 25 (belirsizlik  1) , 2300 (belirsizlik  100) 2300. (belirsizlik  1) , 0.029 (belirsizlik  0.001)

8. Sayıların Yuvarlatılması Kimyada en basit deney bir miktar maddenin tartılmasıdır. Bunun için kullanılan terazilerin hassasiyeti yani ölçebileceği en küçük miktar çok değişik olabilir. 5 g, 0.1 g, 0.01 g, 0.001 g ve hatta 10-5 g’a kadar hassasiyeti değişebilen terazi çeşitleri vardır. Şimdi bunlardan, diyelim 0.1 g hassasiyetinde bir terazide bir demir çubuk tarttık ve yirmidokuz g geldi. Biz bu tartım sonucunu 29 g diye veremeyiz. Terazinin hassasiyeti 0.1 g yani kesir noktasından sonra bir haneye kadar hassas ölçtüğüne göre 29.0 diye göstermeliyiz.

9. Örnek: Eğer yuvarlatılmış bir sayıyı tekrar yuvarlatmak istersek orijinal rakamdan hareket etmeliyiz. Örneğin, 16.7654 sayısını noktadan sonra üç haneye yuvarlatalım: 16.765 olur. Eğer noktadan sonra iki haneye yuvarlatmak gerekirse o zaman sayımız 16.77 olacaktır.

10. Üslü Sayılar • Kuvveti alınmış sayılara üslü sayılar denir. • Üslü sayılar ters çevrildiğinde üssün işareti değişir: 2. Üssü sıfır olan tüm sayıların değeri bire eşittir: 9 = 1, a = 1, c = 1, X = 1, (0.25) = 1 3. Üslü sayıların bölme işleminde pay ve paydanın üsleri aynı ise ortak üsse alınabilirler:

11. 4. a) Tabanı aynı olan üslü sayılar çarpıldığında katsayılar çarpılır, üsler toplanır. b) Tabanı aynı olan üslü sayılar bölündüğünde katsayılar bölünür, üsler çıkarılır:

12. Değişik üslü sayıların toplama veya çıkarma işlemlerinde, sayılar önce üslü sayılar halinde düzenlenir. Katsayıları toplanır veya çıkarılır:

13. 6. Üslü bir sayının yine üssü alınmışsa üsler çarpımı üs olarak alınır. ((23)5)7 = 2105 , ((42)3)-2 = 4-12 7. Bir üslü sayının üssü kesirli bir sayı ise o kesrin payı sayının kuvvetini, paydası ise o sayının kökünü gösterir:

14. Birim Sistemleri SI birim sistemine göre temel birimler.

15. SI temel birimlerinden türetilmiş birimler

16. SI birimleri için kullanılan önekler.

17. Birimlerin birbirine dönüşümü (ft: feet, L: litre, gal: galon, Å: angström, eV: elektronvolt, cal: kalori, lb: libre, oz: ons).

18. Birimlerin birbirine dönüştürülmesi: Örnek: 5.2 J’ü kaloriye dönüştürelim:

19. Kesirlerin ayırımında virgül yerine nokta kullanılmaktadır, virgül sadece bin, milyon, milyar gibi binlik bölümleri göstermek için kullanılır. Örnek: 1.2 (bir tam onda iki) ve 1,000,000,000 (bir milyar)...gibi.

20. Atomun yapısı. Spektroskopi. Atom modelleri. İKİNCİ HAFTA

21. ATOMUN YAPISI Çevremizdeki eşyaların analizi bize, eşya  malzeme  madde  element  atom sırasını verir. Görülüyor ki çevremizde, boşlukta bir hacim işgal eden her şeyin temeli madde element ve atom olmaktadır. Öyleyse atom nedir?

22. Dalton Atom Teorisi 1.Elementler atom denilen bölünemeyen parçacıklardan oluşmuştur. Kesirli değildir. Tam sayılarla ifade edilen miktarlarla belirlenir. 2. Belirli bir elementin bütün atomları tıpatıp aynı özelliklere sahiptirler. Aynı kütleye sahiptirler. Farklı elementlerin atomları farklı kütleye sahiptir. 3. Atomlar kimyasal değişmelerin birimleridir. Kimyasal değişme; birleşme, ayrılma ve atomların yeniden düzenlenmesini içine alır. 4. Bir element için verilen kimyasal sembol aynı zamanda o elementin atomu için de kullanılır. 5. Atomlar birleştiğinde molekülleri oluştururlar. Bileşikler değişik atomların birleşmesinden oluşur. Aynı atomların birleşmesi ile de elementin molekülleri oluşur (H2, O2, Cl2,... gibi). 6. Atomlar parçalanamaz, yaratılamaz veya değiştirilemez.

23. Elektronun Keşfi 1833’de M.Faraday bakır-II-klorür ü elektroliz ederek elektrik akımını kullandı. Kimyasal değişimin elektrik miktarı ile orantılı olduğunu buldu. 1874’de Faradayın deneysel sonuçları G.J.Stoney’i elektriğin madde gibi parçacıklardan ibaret olduğu sonucuna sevketti. Atomların yapısında bulunan bu parçacıklara elektron adını verdi. Bu arada W.Crooks ve birçok bilim adamı havası boşaltılabilen, iki ucundaki iletkenlerle elektrik akımı uygulayabilen gaz deşarj tüpleri üzerinde çalışıyorlardı. 1886’da W.Crooks, bu gaz deşarj tüpünde birçok gazın davranışını inceledi.

24. Katot ışınları (1) katottan anoda doğru düz bir yolda ilerlerler, (2) önlerine bir metal levha konursa geçemezler ve gölgesini yaparlar, (3) tüpün cam çeperlerinde floresans oluştururlar, (4) metal bir yaprağı akkor hale ısıtırlar, (5) gaz moleküllerini iyonlaştırırlar, (6) fotoğraf plakalarında iz yaparlar, (7) bir metale çarptıkları zaman yüksek giriciliği olan x- ışınlarını oluştururlar, (8) çarptıkları metali negatif yükle yüklerler, (9) elektrik ve magnetik alanda saparlar

25. Elektron Yükünün Belirlenmesi R. A. Millikan 1909 da yağ damlası deneyi ile elektronun Yükünüve kütlesini ayrı ayrı başarı ile hesaplamıştır Millikan’ın yağ damlası deneyi

26. Elektronun m kütlesinin hesabı

27. Kanal Işınları, Protonun Keşfi 1886 da E.Goldstein bir Crooks tüpünde delik katot kullanarak pozitif yüklü ışınları keşfetti. Neon gazı bulunan bir Crooks tüpünde katot ışınlarının neon molekülüne çarpmasıyla oluşan artı yüklü neon iyonlarının delik katottan geçerek tüpün iç çeperini ışıldatması pozitif yüklü iyonların varlığını ispatladı.

28. X-Işınları ve Radyoaktiflik 1895 de W.Roentgen, katot ışınları bir metale çarptığında yepyeni türde ışınlar oluştuğunu buldu. Bu ışınlara X-ışınları veya Roentgenışınları adını verdi. X-ışınlarının elde edildiği daha gelişmiş düzeneklere daha sonraları Coolidge tüpü adı verildi. Bir Coolidge tüpünde X-ışınlarının oluşumu.

29. Elektromanyetik Işık Elektromanyetik spektrumu oluşturan ışıma bölgelerinin kaynakları: Kozmik ışınlar atmosfer dışından bize gelen ışınlardır. -ışınları radyoaktif elementlerin salıverdikleri bir cins ışımadır. X-ışınları katot ışınlarının bir elemente çarparak oluşturdukları ışımadır. Ültraviyole, görünür ve infrared ışınlar genel olarak ısıtılan cisimlerin yayınladıkları ışınlardır. TV ve radyo dalgaları bir antenden alternatif akım geçirildiğinde oluşurlar.

30. Elektromanyetik Dalga Spektrumu.

31. Kuantum Teorisi 1900’de Max Planck’ın ortaya koyduğu Kuantum teorisi, elektronun bir harmonik ossilatör gibi davrandığı temeline dayanır

32. Kara Cisim Işıması Kara cisim, dışı siyaha boyanmış ve üzerine bir delik açılmış metal bir küredir (Şekil 2.11.a). Üzerine düşen bütün ışınları absorblayan (emen, soğuran) bir cisimdir. Cisim ısıtıldığı zaman üzerinde bulunan delikten ışımalar yayılmaya başlar.

33. Fotoelektrik Olay 1902 yıllarında bilinen bu olay metallerin üzerine vakum yapılmış bir cam tüp içinde, yeterli enerjiye sahip bir ışık düşürüldüğü zaman bir elektronun koparılması olayıdır. Bir fotoelektrik hücrede fotoelektrik olayın meydana gelişi.

34. ATOM MODELLERİ

35. Rutherford’un önerdiği atom modeli, merkezde bir çekirdek ve etrafında dönen elektronlar şeklindedir.

36. Atomu oluşturan temel parçacıklar.

37. Atom Spektrumları Rutherford’un atom modelinde fizik kurallarına ters gelen ve açıklanamayan eksiklikler vardı. Bir kere çekirdek etrafında dönen elektronların ışıma yaparak enerji kaybedip çekirdeğe yapışması gerekir. Halbuki atomlarda normal halde bir enerji kaybı sözkonusu değildir. Bu gibi eksik noktalar yeni bir atom modeline gerek duyuyordu. 1913 de Bohr atom modelini ortaya koydu. Bohr atom modelini anlamak için 19.yüzyıla kadar yapılan spektroskopik çalışmaları gözden geçirelim.

38. Spektrumlarda görülen ışığın üç çeşit dağılımı vardır: (1) Devamlı spektrum güneş, ampuldeki flamanın ışığı, görünür bölgedeki tüm dalga boylarını içerirler. 500C nin yukarısında ısıtıldığında katı ve sıvılarla çok yoğun gazlar devamlı spektrum verirler. (2)Çizgi spektrumları ışıma sadece özel dalga boylarında yayınlandığı zaman oluşur. Fazla enerji absorblamış gaz halindeki atomlar tarafından yayınlanır. Gaz deşarj tüpündeki hidrojen gazı ve sodyum buharı çizgi spektrumları verir. (3) Bant spektrumu bazı ısıtılmış gaz moleküllerinin çizgi spektrumları birbirine çok yakın olduğu zaman bant şeklinde gözlenir.

39. Bohr Atom Teorisi Hidrojen atomunda bulunan elektron dairesel bir yörüngede hareket eder ve çekirdeğin Coulomb çekimi dairesel hareketteki merkezkaç kuvvetle dengelenir. Herhangi bir elektronun enerjisi sabittir. Sadece, elektronun açısal momentumu (mvr’nin) h/2’nin tam katları değerine eşit olan yörüngelere izin verilir. Elektron bir yörüngeden daha düşük enerjili bir alt yörüngeye geçtiğinde bir ışık yayınlanır.

40. Bohr’a göre ışık serilerinin oluşumu

41. Bohr’a göre X- Işınlarının oluşumu 1. Kesiksiz Spektrum: Katottan çıkan elektronların antikatot üzerinde birdenbire durdurulmasıyla oluşur. Akkor haldeki katı ve sıvıların verdikleri spektrumlarda olduğu gibi dalga boyu kesiksiz bir biçimde değişen ışımalar dizisinden ibarettir.

42. 2. Kesikli Spektrum (Çizgiler Spektrumu):Antikatoda gönderilen elektronlar bu elementin atomunda bulunan kabuklardan elektronlar koparır. Koparılan bu elektronların yerini doldurmak için elektronlar üst kabuklardan bu boşluklara atlarlar. Böylece yüksek enerjiden düşük enerjiye düştükleri için aradaki enerji farkını ışık olarak yayınlarlar. İşte bunlar X-ışınları çizgi spektrumlarıdırlar. X-ışınları çizgiler spektrumunun oluşumu.

43. Modern kuantum mekaniği. Elementlerin periyodik tablosu. ÜÇÜNCÜ HAFTA

44. Modern Kuantum Mekaniği

45. Madde Dalgası Modern kuantum mekaniği 1924 yılında Louis de Broglie’nin dalga-tanecik eşleşmesi kuralıyla başlar. Buna göre bütün hareketli taneciklere pilot dalga denilen bir dalga eşlik eder ve bu dalganın dalga boyu aşağıdaki bağıntıyla verilir:

46. Elektronun bulunabileceği kararlı yörünge ve bulunamayacağı yörünge şekilleri: Kararlı yörünge (izin verilen yörünge) 2r = n Böyle bir yörüngeye izin verilmez, çünkü dalga, girişimle yok olur.

47. Belirsizlik Kuralı 1927’de Heisenberg, elektronun çekirdek etrafında bulunacağı yerin Bohr’un önerdiği yörüngeler üzerinde kesinlikle bilinemeyeceğini bildirdi.

48. Schrödinger Denklemi Heisenberg’in belirsizlik kuralına göre elektronun atomun çekirdeği etrafında “nerede” bulunduğundan değil, “ne kadar olasılıkla nerede”bulunduğundan sözedilebilir.

49. Schrödinger dalga denklemi

50. Kuantum Sayıları Schrödiner denklemi polar koordinatlara göre çözüldüğü zaman eşitliğin sol tarafı radyal (çapla ilgili) fonksiyon, sağ tarafı açısal fonksiyona eşit olur. Radyal fonksiyonun çözümünden baş kuantum sayısı (n) ve açısal fonksiyonun çözümünden de alt kabuk (azümütal) (l) ve orbital magnetik, ml kuantum sayıları elde edilir.