Ortaöğretim 11 sinif kimya dersi kitabi (ESKİ PROGRAMA GÖRE)

ORTAÖĞRETİM 11.

SINIF KİMYA DERSİ KİTABI (EN SON 2014-2015 YILINDA OKUTULAN ESKİ PROGRAMA GÖRE)

(2010–2011 EĞİTİM VE ÖĞRETİM YILINDA YÜRÜRLÜĞE GİREN YENİ ÖĞRETİM PROGRAMINA GÖRE HAZIRLANMIŞTIR.)

1

“Kimyager, her şeyi yerli yerine koyandır.”

2

ÖNSÖZ Günümüzde din ve ilmin beraber ele alınmasının yeni ufuklar açacağı hususu en önemli meselelerimizdendir. Bundan dolayı din ile ilmi birleştirmek için çalışma yapmamız, kendi dünyamızı kurmaya çalışmamız gerekmektedir. İnsanlık, her geçen gün biraz daha fazla ilim ve fenne dökülecektir. Bütün kuvvetini ilimden ve fenden alacaktır. Karar mekanizmaları, güç ve kuvvet ilmin eline geçecektir. Bu sebeple ilme sahip çıkmalıyız; ilmin hikmet olarak kalması, zulmet ve abesiyete dönüşmemesi için çok çalışmalıyız.

Mevcut kimyanın bir kısım aşırı pozitif yanlarını ayıklamaya çalışmalıyız, hakikatle uyum içinde olanlarını almalıyız.

Metafizik ve akıl, her ikisini de ihmal etmemeliyiz; bundan dolayı da aklımızın nurunu, vicdanımızın ziyasıyla birleştirip himmetimizi kamçılama yolunda olmalıyız. Aklı ihmal etmemeliyiz; çünkü zihnin gayesi marifettir. Vicdan kültürü de dediğimiz marifet, bilginin tabiata mal edilmesiyle kazanılır. Kalbi, devre dışı bırakmamalıyız; çünkü kalbin gayesi müşahededir. Hissimizi hakikat ve ilim aşkına kanalize etmeye çalışmalıyız; çünkü hissin gayesi muhabbettir.

Bunlarda başarılı olabilmek için rehber olan irademizi gerçek gayesine yönlendirmeliyiz. İnsan gerçek kimya ilmini, evreni okuyarak elde eder. Elde ettiği bu ilim neticesinde kendini tanır (tümevarım); veya değişik bir yolla önce kendini tanır, sonra evreni okuyarak gerçek kimya ilmini elde eder (tümdengelim).

Kimya kanunların doğru anlaşılması ve arka planlarının ne 3

gösterdiğinin bilinmesi çok önemli hususlardır.

Kimya tanımları; efradını (bütün fertlerini) cami (içeren), ağyarına (kendinden başka olanlarını) mani (engel) olmalıdır. Bu kurala da her an uyulmalıdır.

Her bir fen dalı gibi kimya ilmi de kendi nevindeki düzenliliği ve intizamı gösterir; her şeyin hikmet üzere konulduğunu, faydasızlık ve abes olmadığını bize öğretir.

Kimyanın kendine özgü dili dinlenmelidir. Bu sayede kimya ilmi evham olmaktan, ondaki hikmetler de abese dönüşmekten kurtulacaktır. Zihnin darlaşmaması, aklın göze inmemesi için kimya ilmi ruhlu olmalı, aynı zamanda ruha bilimsel olgunluk da kazandırılmalıdır. Böylece kimya ilminden beklenen gaye yerine gelmiş olacaktır.

Her ilmin bir lisanı olduğunu gibi kimya ilminin de kendine mahsus bir lisanı vardır. Günümüzdeki her bir kimya kitabı da farklı bir dildir. Ancak kimyanın lisanına eşlik eden kimyacıların da anlatması lazımdır. İlmî çalışmalarda başarıya ulaşmada iki yol vardır: Birincisi; düşünmek, ezberlemek, fikri çalıştırmaktır. Bu; zamanla olanıdır. İkincisi; sezgi (sezi) adını verdiğimiz bir anda ulaşılan başarıdır.

Bu da iki kısımdır: Kesbî olanı; çalışmakla, tecrübe suretiyle elde edilenidir. Kekule’nin rüyasında benzen halkasını bulmasını; yine Bohr’un rüyasında kendi adıyla anılan atom modelini keşfetmesini buna örnek verebiliriz. Bir anda ulaşılan başarının ikincisi ise; ilhamdır. Herkes potansiyel olarak buna açık var edilmiştir. Bu yolda; peygamberler, doğruluktan şaşmayan akıl, kusursuz kalp ve temiz duygu/düşünce taşıyan kalp sahipleri vardır. Bu başarı; mevhibeiilahiye olarak verilir.

4

Sezi yoluyla ulaşılan keşifler, kimyadaki metafiziğe örnektir.

Başarının sırrı, melek saflığında olmaya bağlıdır. Melek safiyetinde olmak; kâinattaki dengeyi koruyarak çalışmak demektir. Doğal dengenin kimyası iyi bilinmelidir. Ancak o zaman; melek, sırrını insana verecektir. Ayrıca maddenin emrimizde olduğunu anlamalı, duymalı ve görmeliyiz. Maddenin sırlarını aklımızla görme azmimiz, her an devam etmeli ve bizimle beraber olmalıdır. Etrafımızdaki olayları aydınlatmak, kavramak, keşfetmek azminde olunmalıdır. Bilgiler, sırtta yük olmamalıdır. Bilgi hamalı olunmamalıdır. İlimler gayeli öğrenilmelidir. Hayattaki olaylar ile vicdan arasında ilişki kurulmalıdır. Hayatın en büyük muallim olduğu unutulmamalıdır.

Kimyanın lisanı bizi büyülemelidir. Öğrendiklerimiz bize cazip ve orijinal gelmelidir. Bu konulardaki konsantremiz tam olursa, sürekli huzurlu oluruz. Böylece hem stres yenilmiş hem de kinetik enerji dengelenmiş olur.

Meseleleri sürekli olağanüstülüklere bağlamak ise kâinat kitabını anlayamamanın ifadesidir.

Batı dünyasında bilimde metafiziğin yerinin ayrı bir önemi vardır.

Hazreti İsa’nın getirdiği mesaj, Batı medeniyetinin en güçlü, en sağlam ve en önemli temelini oluşturur. Batı medeniyeti böylece varlık sahnesine çıkmıştır; çünkü Batı medeniyetinin esası; Grek felsefesi (matematiksel düşünce), Roma hukuku ve gerçek Hıristiyan dinine dayanmaktadır. Batı’da; hem laikliğin doğuşundan hem de Rönesans’tan sonra Galileo, Newton, Einstein, Pascal gibi dindar ve dinin ilimden kopuk hâline üzülen, metafiziğe önem veren insaflı Batı bilim adamları mevcuttur.

Batı, tarihinin hiçbir döneminde metafiziğe karşı tamamen duyarsız kalmamıştır. Batı’da metafiziğe önem veren hem düşünür de çoktur. Eflatun milattan önce 427–347 tarihleri arasında 5

yaşamıştır. Hem Eflatun ve hem de Henry Bergson (1859–1941) düşüncesinde bilimde metafiziğin ayrı bir yeri vardır. Batı, tarihinin her döneminde farklı zaman dilimlerinde, bu iki düşünür gibi düşünce adamları yetiştirmiştir.

Batı’daki bilimsel gelişmeye Rönesans’la beraber zemin hazırlayan aslında bizim ilim tarihimizdir.

Metafiziği ihmal ettiğimizden dolayıdır ki hem eskiye hem de Batı’nın hâlihazırdaki durumuna göre bilim ve teknikte geri kalmış vaziyetteyiz. İslam dinini Hıristiyan dinine kıyas edip Avrupa gibi dine lakayt olmak, çok büyük bir hatadır. Ayrıca; Avrupa, dinine sahiptir. Başta Wilson, David Lloyd George (Deyvid Loyd Corc), Venizelos gibi Avrupa büyükleri dindardılar. Bu büyüklerin bir papaz gibi dinlerine mutaassıp olmaları, Avrupa’nın dinine sahip olduğunun göstergesidir. İslamiyet’i Hıristiyan dinine kıyas etmek, yanlış kıyastır; çünkü Avrupa, dinine mutaassıp olduğu zaman medeni değildi; taassubu terk etti, medenileşti.

Ne vakit Müslümanlar dine ciddi sahip olmuşlarsa, ilimde o zamana göre çok yüksek ilerleme kaydetmişlerdir. Ne vakit dine karşı lakayt vaziyeti almışlar, fen ve teknolojide perişan vaziyete düşerek tedenni etmişlerdir. Başka dinin aksine, dinimize bağlı olma derecesinde milletimiz ilerlemiş; ihmali nispetinde de geri kalmıştır. Bu, tarihsel bir gerçektir.

Türk milleti fen ve sanatı metafizik ile yoğurarak eskide ilimde ileri gittiği gibi ileride de gidecektir. Hakiki medeniyete sarılarak insanlığa yine rehber olacaktır.

6

Ankara, 3 Eylül 2009

“Bizim dinimiz için herkesin elinde bir ölçü vardır. Bu ölçü ile hangi şeyin bu dine uygun olup olmadığını kolayca takdir edebilirsiniz. Hangi şey ki akla, mantığa, amme menfaatine uygundur; biliniz ki o, bizzat dinimize uygundur. İslamiyet son ve kâmil dindir. Akla, mantığa ve hakikate uymaktadır.*” Gazi Mustafa Kemal Atatürk

* “Atatürk’ün Söylev ve Demeçleri I-III” kitabı “Atatürk’ün Söylev ve Demeçleri I” Bölümü, 98. sayfa, Atatürk Kültür, Dil ve Tarih Yüksek Kurumu Atatürk Araştırma Merkezi Yayınları, 2006.

7

İÇİNDEKİLER 1. ÜNİTE: KİMYASAL REAKSİYONLAR VE ENERJİ ÜNİTENİN BÖLÜM BAŞLIKLARI • 1. Sistemler ve Enerji Türleri • 2. Sistemlerde Entalpi Değişimi • 3. İstemlilik

2. ÜNİTE: REAKSİYON HIZLARI VE 8

KİMYASAL DENGE ÜNİTENİN BÖLÜM BAŞLIKLARI • • • • •

1. Reaksiyon Hızı 2. Reaksiyon Hızının Bağlı Olduğu Etmenler 3. Kimyasal Reaksiyonlarda Denge 4. Kimyasal Dengeye Etki Eden Faktörler 5. Kimyasal Tepkimelerde Ürün Verimi

3. ÜNİTE: ÇÖZELTİLERDE DENGE ÜNİTENİN BÖLÜM BAŞLIKLARI • • • • • •

1. Suyun Otoiyonizasyonu 2. Asitlerin ve Bazların Ayrışma Dengeleri 3. Nötralleşme Reaksiyonları 4. Çözeltilerde Çözünme ve Çökelme Olayları 5. Kompleks Oluşma – Ayrışma Dengeleri 6. Titrasyon

4. ÜNİTE: 9

ELEKTROKİMYA ÜNİTENİN BÖLÜM BAŞLIKLARI • 1. Madde – Elektrik İlişkisi • 2. Standart Elektrot Potansiyelleri • 3. Elektrokimyasal Hücreler

5. ÜNİTE: ÇEKİRDEK KİMYASI ÜNİTENİN BÖLÜM BAŞLIKLARI • • • •

1. Çekirdeğin Yapısı ve Kararlılık 2. Yapay Çekirdek Reaksiyonları, Fisyon ve Füzyon 3. Aktiflik, Radyoaktif Işınların Sayımı ve Sağlığa Etkisi 4. Radyoaktif Maddelerin Kullanım Alanları

10

ORTAÖĞRETİM 11.

SINIF KİMYA 1. ÜNİTE: KİMYASAL REAKSİYONLAR VE ENERJİ ÜNİTENİN BÖLÜM BAŞLIKLARI • 1. BÖLÜM: Sistemler ve Enerji Türleri • 2. BÖLÜM: Sistemlerde Entalpi Değişimi • 3. BÖLÜM: İstemlilik

1. BÖLÜM: SİSTEMLER VE 11

ENERJİ TÜRLERİ SİSTEM VE ORTAM SİSTEMLER • Kapalı sistem, açık sistem ve izole sistem olmak üzere üç çeşit sistem vardır.

• Termodinamik, bu sistemlerin çevre ve evren ile olan ilişkisini inceleyen bilim dalıdır.

• Sadi Carnot (1796–1832) termodinamik biliminin kurucusu olarak kabul edilir. Carnot çevrimi olarak bilinen termodinamiğin II. yasasıdır.

ENERJİ TÜRLERİ ADI VE SİMGESİ • • • • • •

H = Entalpi S = Entropi E veya U = İç enerji w = İş q veya Q = Isı G = Gibbs serbest enerjisi (Gibbs enerjisi veya serbest enerji)

ULUSLARARASI BİRİM SİSTEMİNDE (SI) ENERJİ TÜRLERİ BİRİMLERİ • • • • • •

E (İç enerji) birimi: kJ G (Gibbs enerji) birimi: kJ/mol H (Entalpi) birimi: kJ veya kJ/mol S (Entropi) birimi: kJ/K mol w (İş birimi): kJ q (Isı birimi): kJ

12

ENERJİ TÜRLERİ DEĞİŞİMİ* NASIL GÖSTERİLİR? • ΔGtepkime = Gibbs serbest enerjisi değişimi (Gibbs enerjisi değişimi veya serbest enerji değişimi) • ΔHtepkime = Entalpi değişimi • ΔStepkime = Entropi değişimi *Değişim ΔGtepkime, ΔHtepkime ve ΔStepkime için söz konusudur.

STANDART ŞARTLARDA* ENERJİ TÜRLERİ DEĞİŞİMİ NASIL GÖSTERİLİR? • ΔG°tepkime = Standart şartlarda Gibbs serbest enerjisi değişimi • ΔH°tepkime = Standart şartlarda entalpi değişimi • ΔS°tepkime = Standart şartlarda entropi değişimi * Standart şartlar 1 atm basınç ve 25 °C sıcaklıktır.

FORMÜLLER İÇ ENERJİ, İŞ, ISI İLİŞKİSİ FORMÜLÜ ΔE = q + w (Termodinamik I. yasanın formülü)

HACİM SABİT OLDUĞUNDA İŞ YAPILMAZ, İÇ ENERJİ DEĞİŞİMİ ISIYA EŞİT OLUR ΔE = q + w Hacim sabit olduğunda iş yapılmadığından (w = 0) ΔE = q olur.

13

SABİT BASINÇTA ISI (qP) ENTALPİ DEĞİŞİMİNE (ΔH) EŞİTTİR Basıncın sabit olması qP = ΔH anlamına geldiğinden, ΔE = q + w formülünde qP yerine ΔH yazılırsa; ΔE = ΔH + w w = ΔE - ΔH ΔH = ΔE - w formülleri elde edilir.

11.SINIF KİMYA PROGRAMINDA OLAMAYAN BİR DİĞER FORMÜL ΔH = ΔE - w w = - PΔV ΔH = ΔE - (- PΔV) ΔH = ΔE + PΔV

ΔG°, ΔH°, ΔS°sistem FORMÜLLERİ ΔG° = ∑nG°ürünler – ∑nG°girenler ΔH° = ∑nH°oluşma entalpisi (ürünler) – ∑nH°oluşma entalpisi (girenler) ΔS°sistem = ∑nS°ürünler – ∑nS°girenler

DİĞER FORMÜLLER ΔS°toplam = ΔS°sistem + ΔS°ortam Sabit basınç ve sıcaklıkta ΔSortam=- ΔH/T ΔS°toplam = ΔS°sistem - ΔHsistem/T Önce eşitliğin her iki tarafı -T ile çarpılır; –TΔStoplam = ΔG° olduğundan yerine yazılırsa aşağıdaki ifade elde edilir: ΔG° = ΔH°sistem - TΔS°sistem

FORMÜLLERLE İLGİLİ BAZI BİLGİLER • ΔG dengede sıfırdır.

• E (İç enerji) değerlerinin hepsi artıdır.

14

• E (İç enerji) ölçülemez.

• w>0 ise sisteme iş yapılmıştır; w<0 ise sistem iş yapmıştır.

• Genleşince işin eksi, ısının ise artı olması lazımdır.

İZOTERMAL DEĞİŞİM • İzotermal değişim, sıcaklık farkının olmadığı değişimlerdir.

• İzotermal değişim olursa serbest enerji (G) hesaplanabilir.

• İzotermal değişim dışında serbest enerji hesaplanamaz. T1 ve T2 aynı ise (izotermal değişim) adyabatik, izokorik, izobarik hem tersinir hem de tersinmez tepkimelerde ΔH ile ΔE aynı değerdir.

İZOKORİK DEĞİŞİM • İzokorik değişim, hacim farkının olmadığı değişimlerdir.

İZOBARİK DEĞİŞİM • İzobarik değişim, basınç farkının olmadığı değişimlerdir.

ADYABATİK DEĞİŞİM • Adyabatik değişimlerde duvar izole edilmiştir.

• Adyabatik ortam ısı ve kütle kaybının veya kazancının olmadığı hâldeki süreçtir.

• Adyabatik bir ortam oluşturabilmek için sınırlanmış alan, ısı ve kütle geçişine karşı tamamen yalıtılmıştır.

• qsistem=0 ise adyabatiktir.

ENERJİ İLE ISI AYNI MIDIR? • Isı enerji birimidir.

• Ancak maddenin sahip olduğu enerjiyi göstermez.

• İki sistem arasında enerji alış verişi olunca ısı söz konusu olur; bu esnada evrenin toplam enerjisi değişmez, sabit kalır.

• Alınıp verilen şey enerjidir. Ancak enerji yerine ısı diyoruz.

15

• Enerji yerine ısı diyoruz diye de “Enerji ile ısı aynıdır.” diyemeyiz; çünkü enerji her zaman vardır, ısı ise enerji alınıp verilince ortaya çıkar.

• Maddenin ısısı olmaz. Maddenin ısısından söz edebilmek için sıcaklıkları farklı iki durumun olması gerekir.

• “Maddenin toplam enerjisi” denir.

• “Maddenin toplam ısısı” denemez.

ISI KAPASİTESİ (ISINMA ISISI) • 1 mol maddenin sıcaklığını, sabit sıcaklık ve sabit basınçta 1 °C arttırmak için gerekli ısı miktarına denir.

SICAKLIĞI ÖLÇMEK SURETİYLE NE YAPMIŞ OLUYORUZ? • Her bir taneciğin EİÇ’leri (tek tek EK’leri) farklı farklı olduğundan taneciklerin ortalama EK’leri denir.

• Taneciklerin hepsi hareketlidir. Bundan dolayı EK’leri vardır.

Hareket ısıyı doğurur. Isı, sıcaklığı yükseltir.

• Sıcaklığın ölçülmesiyle taneciklerin ortalama EK’leri karşılaştırılmış, derecelendirilmiş olur.

ISI ALIŞ VERİŞİ NİÇİN OLUR? SICAKLIK NASIL ÖLÇÜLÜR? • Isı alış verişi sistemler arasındaki sıcaklık farkından dolayı olur.

• Sıcaklığını ölçmek istediğimiz suyun içine termometreyi daldırırız. Sıcak suyun kinetik enerjisi fazladır. Bu enerji, önce termometre camına aktarılır. Camdan da termometre içine aktarılır. Termometrenin içindeki cıva atomları daha hızlı hareket ettiğinden yükselir. Böylece sıcaklık ölçülmüş olur.

16

İÇ ENERJİ ΔE (İÇ ENERJİ DEĞİŞİMİ) NİÇİN ÖLÇÜLEMEZ? • E2 ve E1 ölçülemez. Bu nedenle de ΔE ölçülemez.

MADDENİN TOPLAM ENERJİSİ HESAP EDİLEBİLİR Mİ?

• Maddenin toplam enerjisi hesap edilemez.

• ET = EM (EP + EK) + EİÇ (EP + EK) • EİÇ = EÖTELEME (EK) + EDÖNME (EP + EK) + ETİTREŞİM (EK) + EÇEKİM (EK) • E = mc2 ile hesaplanan enerjiye EP denilebilir. Ancak farklı bir boyuttur.

• Sonuç olarak EİÇ hesap edilemez.

• Bir kişinin maddi zenginliği hesap edilse bile zenginlik denince akla; beyin, duygu, akıl, fikir, idrak, kavrama, hafıza vb. her türlü zenginlik geldiğinden iç zenginlik hesap edilemez.

ISI VE İŞ ISININ İŞARETİ NE ZAMAN POZİTİF (+) OLUR? • Endotermik değişimlerde ısının (q) işareti pozitif (+) olur; başka bir ifadeyle q>0’dır.

• Genleşince ısının işareti pozitif (+) olur.

17

• Sistemin ısı kazanması, olayın endotermik olduğunun göstergesidir; ısının işareti pozitif (+) olur.

ISININ İŞARETİ NE ZAMAN NEGATİF (-) OLUR? • Ekzotermik değişimlerde ısının (q) işareti negatif (-) olur; başka bir ifadeyle q<0’dır.

• Sıkıştırınca ısının işareti negatif (-) olur.

• Sistemin ısı kaybetmesi, olayın ekzotermik olduğunun göstergesidir; ısının işareti negatif (-) olur.

İŞ İŞARETİ NE ZAMAN POZİTİF (+) OLUR? • İşaretlerin karıştırılmaması ve akılda kolay kalması açısından, ortamın sisteme iş yapması endotermik olarak düşünülebilir. İşaretler iş için de ısıda olduğu gibidir.

• Ortamın sisteme iş yapması durumunda ise iş (w) işareti pozitif (+) olur; başka bir ifadeyle w>0’dır.

• Bu durum soruda “Sisteme şu kadar kJ’lük iş yapılmıştır.” diye verilir.

• Pistonun sıkıştırılarak hacminin azalması da buna örnek verilebilir. Sıkıştırmada sisteme iş yapılır; işin işareti (+) olur.

İŞ İŞARETİ NE ZAMAN NEGATİF (-) OLUR? • İşaretlerin karıştırılmaması ve akılda kolay kalması açısından, sistemin ortama iş yapması ekzotermik olay olarak düşünülebilir. İşaretler iş için de ısıda olduğu gibidir.

• Sistem tarafından ortama (dışarıya) iş yapılırsa iş (w) işareti negatif (-) olur; başka bir ifadeyle w<0’dır.

• Bu durum genellikle soruda “Sistem şu kadar kJ’lük iş yapmıştır.” diye verilir.

• Pistonun hacminin genişlemesi buna örnektir. Genleşmede sistem iş yapar; işin işareti (-) olur.

18

GENLEŞME VE SIKIŞTIRMA İLE TERMODİNAMİK İLİŞKİSİ • Genleşmede sistem iş yapar; işin işareti (-) olur.

• Sıkıştırmada ise sisteme iş yapılır; işin işareti (+) olur.

GAZLAR GENLEŞİRKEN GENELDE SOĞUR • Azot, oksijen vb. çoğu gaz genleşirken soğur.

• Helyum ve hidrojen gazları genleşince soğumazlar, tam tersine ısınırlar.

JOULE THOMSON KAT SAYISI • Joule Thomson kat sayısı + (artı) olanlar genleşirken soğuyan gazlardır.

• Joule Thomson kat sayısı – (negatif) olanlar ise genleşirken ısınan gazlardır.

TERMODİNAMİĞİN I. KANUNU TERMODİNAMİK 4 YASADAN OLUŞUR • Termodinamik bilimi dört temel doğal yasaya dayanır: Birinci yasa, ikinci yasa, üçüncü yasa ve sıfırıncı yasa.

• I. YASA: ENERJİNİN KORUNUMU YASASI • Termodinamiğin birinci yasası, enerjinin korunumunu ifade eder. Enerji, bir şekilden diğerine dönüşebilir. Toplam enerji sabit kalır.

• Termodinamiğin I. yasasına göre enerji, miktar yönüyle yok edilemez.

• ΔE = q + w (Termodinamik I. yasanın formülü) • Enerji, entalpi, ısı; aynı anlama gelen kelimelerdir.

19

• C + O2 → CO2 + ısı • Nefes alıp vermemizde C ve O2’nin enerjileri toplamı; CO2’nin enerjisi ile açığa çıkan enerjinin toplamına eşittir.

ΔE = q + w FORMÜLÜ İLE İLGİLİ PROBLEMLER • SORU: Sabit basınçlı bir sisteme 303 J’lük iş yapılırken sistem 78 J’lük ısı kaybediyor. Sistemin iç enerji değişimini hesaplayınız.

• ÇÖZÜM: Sisteme iş yapıldığından dolayı w = +303 J olur.

Sistem ısı kaybettiğinden dolayı q = -78 J olur.

• ΔE = q + w • ΔE = -78 J + (+303 J) • ΔE = +225 J

SABİT HACİMDE İŞ YAPILMAZ VE SİSTEM HAREKETLİ OLDUĞUNDA qP = ΔH OLUR • SORU: Standart şartlarda 1 mol hidrojenin sabit hacimli kapalı bir silindirde yanması sonucu su buharı oluşurken 240,68 kJ/mol’lük ısı açığa çıkmaktadır. Yine standart şartlarda 1 mol hidrojenin sürtünmesiz hareket eden bir silindirde yanması sonucu 241,82 kJ/mol’lük ısı açığa çıkmaktadır. ΔE, ΔH ve w değerlerini hesaplayınız.

• ÇÖZÜM: Sabit hacimli kapalı bir silindirde 240,68 kJ/mol’lük ısı açığa çıktığına göre q işareti (-) olur (q = -240,68 kJ).

• Kapalı bir silindir denildiğinde hacim sabit olduğundan iş yapılmamıştır. w = 0 olur.

• ΔE = q + w formülünde iş yerine 0 yazılırsa ΔE = -240,68 kJ/mol bulunur.

• Hareket eden silindirde sistem hareketli olduğundan basınç sabittir. Isı açığa çıktığına göre q = -240,68 kJ olur.

• qP = ΔH olduğundan ΔH = -241,82 kJ/mol olur.

• qP = ΔH olduğundan ΔE = q + w’te q yerine ΔH yazılırsa 20

formül ΔE = ΔH + w şeklinde olur. Buradan w = ΔE – ΔH formülünde sayısal değerler yerine konursa w = -240,68 - (241,82) kJ olduğundan w = +1,14 kJ bulunur.

2. BÖLÜM: SİSTEMLERDE ENTALPİ DEĞİŞİMİ TERMOKİMYA VE KİMYASAL REAKSİYON ÇEŞİTLERİ • Bütün kimyasal reaksiyonlarda enerji değişimi söz konusudur.

• Kimyasal olayların tamamı dışarıdan ısı alarak veya çevreye ısı vererek gerçekleşir. Isı alma ya da ısı vermenin olmadığı bir kimyasal tepkime yoktur.

• Bir kimyasal tepkime dışarı ısı veriyorsa ekzotermiktir.

• Bir kimyasal tepkime ısı alarak gerçekleşiyorsa endotermiktir.

• Bir kimyasal reaksiyonda reaksiyonun başlaması için verilen enerji, reaksiyondan sonra açığa çıkan enerjiden daha büyükse bu tür reaksiyonlar endotermiktir (ısı alan).

• Reaksiyonun başlaması için verilen enerji, reaksiyondan sonra açığa çıkan enerjiden daha küçükse bu tür reaksiyonlar ekzotermiktir (ısı veren).

• Bir kimyasal tepkimede enerji çıkışı oluyorsa, bu açığa çıkan enerji, kütlenin enerji karşılığı değildir; kimyasal bağlarla ilgilidir.

ENTALPİ REAKSİYON ISISI (ENTALPİ DEĞİŞİMİ) 21

• Sabit basınç altında gerçekleşen kimyasal reaksiyonlardaki enerji değişimine reaksiyon ısısı denir. ΔH ile gösterilir.

• ΔH, kimyasal reaksiyonlardaki enerji değişimini gösteren bir büyüklüktür.

• Reaksiyon ısısı olarak ΔH şu farklı isimlerle de anılır: Tepkime ısısı, reaksiyon ısısı, entalpi değişimi, reaksiyon entalpisi değişimi, tepkime entalpisi değişimi.

• Ekzotermik tepkimelerde ΔH’ın işareti eksidir.

• Endotermik tepkimelerde ΔH’ın işareti artıdır.

• Açığa çıkan enerji ve gerekli olan enerji artılı ve eksili olmaz. ΔH da artısız ve eksisiz olmaz.

• ΔH°>0 ise istemsiz bir tepkimedir.

ISI İLE ENTALPİ AYNI MIDIR? • Sabit basınç altında gerçekleşen kimyasal reaksiyonlardaki ısı değişimi (tepkime ısısı) ile tepkimedeki entalpi değişimi aynı anlama gelmektedir ve birbirlerine eşittirler (qP = ΔH).

• Tepkime ısısı yabancı kaynaklarda q bizde genelde Q ile entalpi ise H simgesi ile gösterilir.

• Sabit basınçtaki reaksiyon ısısı da qP ile belirtilir.

• Sabit hacim altında gerçekleşen kimyasal reaksiyonlardaki ısı değişimi qV ile simgelenir.

• qV ile qP eşit değildir. Dolayısıyla reaksiyon ısısı ΔH ile de gösterildiğinden; reaksiyon ısısına, sabit basınç altındaki reaksiyon ısısı denilmelidir. Ancak denilmez. Bunun sebebi şöyle açıklanır: • Sabit basınç altında şartı, kimyacılar için bir gerekliliktir.

• Bu nedenle malumu ilam kabilinden olmasın diye genelde kimyacılar “sabit hacim altında” tabirini söylemezler. Bu durum, noksanlık veya hata sayılmamalıdır.

• q simgesi Δ’yı da içerir; çünkü ısı, zaten enerji alış verişi olunca söz konusu oluyordu. Başka bir ifadeyle maddenin ısısından söz edebilmek için sıcaklıkları farklı iki durumun olması gerekiyordu. Bu nedenle q’nun baş tarafına Δ 22

yazılmaz.

REAKSİYON İÇERİSİNDE VERİLEN ISILAR, REAKSİYON DIŞINA TAŞINARAK REAKSİYON ISISI (ΔH) OLARAK GÖSTERİLİR • C + O2 → CO2 + 94 kcal C + O2 → CO2 ΔH = – 94 kcal • N2 + O2 + 22 kcal → 2NO N2 + O2 → 2NO ΔH = + 22 kcal

STANDART OLUŞUM ENTALPİLERİ ΔH°tepkime VE ΔH°oluşma entalpisi SİMGELERİNİN BİRBİRİNDEN FARKI • • • •

ΔH° = ∑nH°ürünler – ∑nH°girenler ΔH°geneldir, her ikisini de içerir. ΔH°tepkime bütün tepkimeler için söz konusu olan bir simgedir. ΔH°oluşma entalpisi ise bileşiğin yalnız elementlerinden oluşmasına ait reaksiyon denkleminin ΔH°’ını sembolize eder.

OLUŞMA ISISI (OLUŞUM ENTALPİSİ) • Aynı ΔH simgesi oluşma ısısı için de kullanılır. Oluşma ısısı olarak ΔH şu farklı isimlerle de anılır: Teşekkül ısısı, oluşum ısısı, oluşma entalpisi, teşekkül entalpisi, oluşum entalpisi.

Aslında oluşma entalpisi değil, oluşma entalpi değişimi demek gerekir; pratikte denilmiyor.

• Oluşum ısısı, bileşikler için geçerli bir tabirdir.

23

• OLUŞMA ISISI TANIMI: 1 mol bileşiğin elementlerinden oluşmasına ait reaksiyon denkleminin ΔH değerine o bileşiğin “oluşma ısısı” denir.

• ELEMENTLERİN OLUŞMA ISISI 0’DIR: Elementlerin oda koşullarında bulundukları fiziksel hâllerinin oluşma ısıları sıfır kabul edilmiştir. Yapı taşı molekül olan 10 adet elementin de (F2, Cl2, Br2, I2, At2, H2, O2, N2, S8, P4) oluşma ısısı sıfırdır.

ΔH İLE AYNI ANLAMA GELEN DİĞER TERİMLER • Nötrleşme ısısı: Asit baz reaksiyonlarında 1 mol maddenin nötrleşmesine ait reaksiyon denkleminin ΔH’ına denir. Olay ekzotermiktir.

• Yanma ısısı: Yanma reaksiyonlarında 1 mol maddenin yanmasına ait reaksiyon denkleminin ΔH’ına denir. Olay ekzotermiktir.

• Erime ısısı: 1 mol maddenin katı fazdan sıvı faza geçmesine ait reaksiyon denkleminin ΔH’ına denir. Olay endotermiktir.

• Buharlaşma ısısı: 1 mol maddenin sıvı fazdan gaz faza geçmesine ait reaksiyon denkleminin ΔH’ına denir. Olay endotermiktir.

• Çözünme ısısı: 1 mol maddenin bir sıvıda çözünmesine ait reaksiyon denkleminin ΔH’ına denir. Olay bazen endotermik bazen ekzotermiktir.

ΔH HESAPLAMA YOLLARI • • • • •

1 – OLUŞMA ISILARINDAN 2 – KİMYASAL BAĞ ENERJİLERİNDEN 3 – HESS PRENSİPLERİNDEN 4 – MOL HESABIYLA 5 – HÂL DEĞİŞİM GRAFİKLERİNDEN 24

• 6 – KALORİMETRİK HESAPLAMALARDAN • 7 – AKTİFLEŞME ENERJİSİNDEN • 8 – FARKLI İKİ SICAKLIKTAKİ DENGE SABİTİ DEĞERLERİNDEN • 9 – İÇ ENERJİ DEĞİŞİMİ VE İŞ DEĞERLERİNDEN • 10 – İÇ ENERJİ DEĞİŞİMİ, BASINÇ VE HACİM DEĞİŞİMİNDEN

OLUŞUM ENTALPİLERİNDEN ΔH (TEPKİMENİN ENTALPİ DEĞİŞİMİ) HESAPLANMASI • ΔH, ürünlerin oluşma entalpileri toplamından girenlerin oluşma entalpileri toplamının çıkarılmasıyla bulunur.

Reaksiyon denkleminde şayet kat sayı varsa, oluşma entalpisi o kat sayı ile çarpılır.

• ΔH° = ∑nH°ürünler – ∑nH°girenler

TEPKİME SONUNDAKİ ENTALPİ DEĞİŞİMİ • Tepkimeye giren ve tepkimeden çıkan maddelerin mol sayıları hesaplanır.

• Arta kalan maddenin yalnız giren kısmının molü hesaba katılır.

• ΔH aşağıdaki gibi bulunurken; tepkimeye giren ve tepkimeden çıkan maddelerin etkin molleri oluşum entalpisiyle çarpılır.

• ΔH° = ∑nH°ürünler – ∑nH°girenler

AKTİFLEŞME ENERJİSİNDEN ΔH HESAPLANMASI • AKTİFLEŞME ENERJİSİ: Kimyasal tepkimenin gerçekleşmesi için gerekli olan en az enerjiye aktifleşme

25

enerjisi denir. Örneğin; tutuşma sıcaklığına gelene kadar maddeyi ısıtırken verilen enerji, aktifleşme enerjisidir. ΔH, ileri reaksiyonun aktifleşme enerjisinden geri reaksiyonun aktifleşme enerjisinin çıkartılmasıyla bulunur.

• ΔH° = Eaileri – Eageri

İÇ ENERJİ DEĞİŞİMİ VE İŞ BİLİNİRSE ENTALPİ DEĞİŞİMİ NASIL BULUNUR? ΔE = q + w qP = ΔH ΔE = ΔH + w w = ΔE - ΔH ΔH = ΔE - w

İÇ ENERJİ DEĞİŞİMİ, BASINÇ VE HACİM DEĞİŞİMİNDEN ΔH BULUNMASI ΔE = q + w qP = ΔH ΔE = ΔH + w ΔH = ΔE - w w = - PΔV ΔH = ΔE – (- PΔV) ΔH = ΔE + PΔV

HESS KANUNU HESS PRENSİPLERİ • Birden fazla reaksiyon denklemi taraf tarafa toplandığında yeni bir reaksiyon denklemi elde ediliyorsa, reaksiyon denklemlerinin ΔH değerlerinin cebirsel toplamı, net reaksiyon denkleminin ΔH’ına eşittir.

26

• Bir reaksiyon denkleminde maddelerin kat sayıları herhangi bir sayı ile çarpılarak genişletiliyorsa, ΔH değeri de aynı sayı ile çarpılır.

• Bir reaksiyon denkleminde maddelerin kat sayıları herhangi bir sayıya bölünerek sadeleştiriliyorsa, ΔH değeri de aynı sayıya bölünür.

• Bir reaksiyon denkleminde reaksiyona giren maddelerle ürünler yer değiştirirse, ΔH değeri de işaret değiştirir.

BAĞ ENERJİLERİ KİMYASAL BAĞ ENERJİSİ • Atomlarda kimyasal bağ enerjisi söz konusu değildir.

• Moleküllerin atomlardan meydana geldiğini biliyoruz.

Moleküldeki atomları bir arada tutan kuvvet kimyasal bağlardır. Kimyasal bağ enerjisinden söz etmek için molekülün olması lazımdır.

• Element moleküllerinin kimyasal bağ enerjisi vardır.

• Bütün kimyasal reaksiyonlar, kimyasal bağların kırılması veya oluşması ile meydana gelir. Doğal kimyasal reaksiyonlarda, kimyasal bağ oluşurken enerji açığa çıkar.

Doğal bir bileşiğin kimyasal bağlarını kırmak için de enerji vermek gerekir.

• Bir kimyasal bağın meydana gelmesi sırasında açığa çıkan enerjiye veya kimyasal bağın kırılması için gereken enerjiye bağ enerjisi denir.

• Bir kimyasal bağ kırılırken ne kadar enerji veriliyorsa, aynı kimyasal bağ oluşurken de o kadar enerji açığa çıkar. Bu enerjiye kimyasal bağ enerjisi denir.

• Molekülü oluşturan atomlar arasındaki kimyasal bağların enerjilerinin sayısal değerini gösteren tablolarda, kimyasal bağ enerjisi kcal/mol veya kJ/mol cinsindendir.

27

BAĞ ENERJİLERİNDEN YARARLANARAK STANDART ENTALPİ DEĞİŞİMİNİN HESAPLANMASI • Bağ enerjilerinden yararlanarak herhangi bir tepkimenin entalpi değişiminin hesaplanabilmesi için tepkimedeki tüm maddelerin gaz fazında olması gerekir.

• ΔH°, girenlerin kimyasal bağ enerjileri toplamından ürünlerin kimyasal bağ enerjileri toplamının çıkarılmasıyla bulunur.

Denkleştirilmiş reaksiyon denkleminde şayet moleküllerin baş tarafında kat sayı varsa, molekülün kimyasal bağ enerjisi o kat sayı ile çarpılır.

• Bunun için önce verilen reaksiyon denkleminin denkleştirilmesi, daha sonra reaksiyon denklemindeki moleküllerin açık formüllerinin yazılması gerekir.

• ΔH°tepkime = ∑nH°girenlerin bağ enerjisi – ∑nH°ürünlerin bağ enerjisi

MOLEKÜLÜN KİMYASAL BAĞ ENERJİSİ NASIL BULUNUR? • Açık formülü yazılan bir molekülün içerdiği kimyasal bağların enerjilerinin toplanması ile elde edilen sayısal değerdir.

DOĞAL TEPKİMELERDE ÜRÜNLERİN BAĞ ENERJİSİ TOPLAMININ GİRENLERİNKİNDEN BÜYÜK OLMASINDAN ÇIKARILMASI GEREKEN DERS • Termodinamiğin II. yasasına göre reaksiyon sonunda üretilen ürünlerin kimyasal bağ enerjileri artar.

• Buradan şu dersi çıkarmamız gerekmektedir: Bağ enerjilerinin artması çeşitli kabiliyet ve bilgilerle mücehhez olmamız gerektiğini bize ders vermektedir.

28

3. BÖLÜM: İSTEMLİLİK İSTEMLİ VE İSTEMSİZ DEĞİŞİMLER FORMÜLLERLE İSTEMLİLİK ŞARTLARI • ΔS°toplam>0 ise istemli • ΔG°>0 ise istemsiz • ΔH°>0 ise istemsiz

İSTEMLİLİK ŞARTLARI • Tepkimenin genelde ekzotermik olması • Birleşme kabiliyeti olması • Eşik enerjisini aşabilecek gerekli aktivasyon enerjisine sahip olması • Birleşecek maddelerin yeterli olması • Uygun şartlar olması

İSTEMLİLİK İLE İLGİLİ GENEL BİLGİLER • İstemli olaylarda düzensizlik artmasına rağmen, her şey yok olma ihtimalini aşarak basitten mükemmele sanat harikası olarak varlık dünyasına çıkmaktadır.

• Isının açığa çıktığı tepkimeler genelde istemlidir.

• Sistemin (ürünlerin) entalpisinin azaldığı tepkimelere ait olaylar genelde istemlidir.

• Bağ enerjilerinin arttığı tepkimelere ait olaylar istemlidir.

• Entropinin büyüdüğü olaylar istemlidir.

29

• Doğal olaylar, istemli olup entropiyi arttıracak yönde cereyan eder.

• Hem evrenin entropisinin artması hem de mekânın genişlemesi her ikisi de istemlidir ve entropi kanununa irca edilebilirler.

• Kimyasal tepkimelerde düzensizlik yönü istemlilik yönüyle aynıdır.

• Ekzotermik bir olayda sistemin entropisi artıyorsa istemlidir.

Endotermik bir olayda entropi azalıyorsa istemsizdir; zaten böyle bir olayı gerçekleştirmek mümkün değildir.

MİNİMUM ENERJİ VE MAKSİMUM DÜZENSİZLİK • Doğal olaylarda minimum enerji yönü, ısının olduğu yöndür.

Diğer yön ise maksimum düzensizlik yönüdür. Düzenlilik, ısının olduğu tarafa doğru tepkimenin yürümesi ile sağlanır.

Doğal olaylar, zaten böyledir.

• Hem V hem de T arttıkça düzensizlik artar.

• İstemli olaylarda düzensizlik artmasına rağmen, her şey yok olma ihtimalini aşarak basitten mükemmele sanat harikası olarak varlık dünyasına çıkmaktadır.

DOĞAL TEPKİMELERDE ÜRÜNLERİN ENERJİSİ DAHA AZDIR. BUNDAN ÇIKARMAMIZ GEREKEN DERS NEDİR? • Termodinamiğin II. yasasına göre reaksiyon sonunda üretilen ürünlerin enerjileri azalır. Buradan şu dersi çıkarmamız gerekmektedir: Ürünlerin enerjilerinin az olması bize alçak gönüllü, kendini öne çıkarmayan, kibirden uzak fertler olmamız gerektiğini hatırlatmaktadır.

30

ENTROPİ HAYAT, ENTROPİYE KARŞI KOYARAK VARLIĞA ERME BAŞARISINI ELDE ETMİŞTİR • Kullanılamayan termal enerjinin ölçüsüne entropi denir.

• Doğal olaylar, entropiyi arttıracak yönde cereyan eder.

Evrenin entropisi artmaktadır.

• Mekânın genişlemesi, entropi kanununa irca edilebilir.

• Hayat, entropiye karşı koyarak varlığa erme başarısını elde etmiştir.

• Bir sistemin sıcaklığı ne kadar büyükse, entropisi o kadar büyüktür.

• Ekzotermik bir olayda sistemin entropisi artıyorsa istemlidir.

Tersi durum için; endotermik bir olayda entropi azalıyorsa istemsizdir. Böyle bir olayı gerçekleştiremezsiniz.

• Tersinmez olaylarda entropi artar. Tersinir olaylarda entropi değişmez.

• Her istemli olayda evrenin toplam entropisi artar.

• Buharlaşma, erime, çözünme, ısıtma gibi olaylar entropide artışa; yoğunlaşma, donma, çökme, sıcaklık düşmesi olaylar entropide düşüşe neden olur.

• Doğal olaylarda ısı açığa çıkınca; 1. Sistemin (ürünlerin) entalpisi azalmaktadır.

2. Bağ enerjileri artmaktadır.

3. Entropi genelde büyümektedir.

MEKÂNIN GENİŞLEMESİ • Mekân, devamlı ve sürekli olarak genişlemektedir.

Genişleme, iki türlü açıklanmaktadır: Birincisi; evrenin genişlerken parçalara ayrılması, bunun sonucunda da galaktik kütlelere dönüşmesidir. Einstein, bu genişlemeyi

31

“Bilemediğimiz yerlerde değişik âlemler teşekkül ediyor.” cümlesiyle ifade etmiştir. Ancak, tam olarak açıklamamıştır.

Evrenin genişlemesini ilk keşfeden George Lemaitre (1894– 1966) adlı bilim adamıdır. Belçika'da doğmuştur. Louvain Üniversitesi'nde astrofizik ve gök bilimi okumuş ve daha sonra Louvain Üniversitesi’ne gök bilim profesörü olarak atanmıştır. Lemaitre, Einstein'ın Genel Görelilik Kuramı'ndan yararlanarak evrenin genişlediğini söylemiştir. Evrenin, bir zamanlar bir atomun içinde sıkışmış olduğunu iddia etmiştir.

Bu atomun parçalandığını ve her yana sıcak gazlar saçtığını öne sürmüştür. Buna Büyük Patlama (Big Bang) kuramı denir. Prof. Dr. Sir James Jeans (Sör Ceyms Jiyns) (1877– 1946), Albert Einstein (Elbırt Aynsstayn) (1879–1955) ve İngiliz astrofizikçi Arthur Stanley Eddington (1882–1944) gibi önemli ilim adamları evrenin genişlemesini kabul etmişlerdir ve savunmuşlardır. “Evrenin durmadan genişletildiği” çok önceleri zaten söylenmiştir. Evrenin genişleme hızı çok yüksektir; bu yüksekliğe, “durmadan genişleme” cümlesiyle işaret edilmektedir. Evrenin genişlemesini açıklayan ikinci görüşte; genişlemenin, galaksilerin kaçışıyla olduğu belirtilmektedir. Sonuçta her iki görüşte de genişlemeden söz edilmektedir.

ENTROPİ VE MADDENİN SONU • Sıcak cisimler soğuyarak, soğuk cisimler de ısınarak ortak bir sıcaklığa gitmektedir.

• Evrendeki bu değişim devam etmektedir. Evren ısı bakımından homojen hâle doğru gitmektedir. Soğuk odadaki bir soba, ısınacak kadar yakılıp söndürülse; oda ile kendi sıcaklığı arasında denge kurulana kadar ısı yayar. Bunun tersini, yani etrafa yayılan enerji miktarının tekrar sobada toplanmasını beklemek mümkün değildir.

• Şu hâlde geriye dönmeyen bir olay söz konusudur.

• Evrende ve günlük yaşamımızda buna benzer geriye 32

•

•

• • •

•

dönmeyen olay çoktur.

Belli bir sıcaklıkta termodinamik kıyamet kopacaksa maddenin bir başlangıç sıcaklığı var demektir. Madde var edildiğinde maddeye bir başlangıç sıcaklığı tayin edilmiştir.

Evrende hayat sürmektedir. Belirlenen son sıcaklığa kadar da dünya devam edecektir. Şayet madde ezelî olsaydı (maddenin başlangıcı olmasaydı) çoktan ortak sıcaklığa ulaşılmış olacaktı. Başka bir ifadeyle kıyamet kopmuş olacaktı. Kopmadığına göre madde sonradan var edilmiştir. Öyleyse madde ezelî değildir.

Başlangıcı olanın sonu da olur. Madem son gelmemiştir, kıyamet kopmamıştır, ileride kopacağı muhakkaktır.

Bununla beraber kıyametin nerede ve nasıl yaşanacağı konusunda netlik yoktur. Bu nedenle iddiada bulunmamak lazımdır. Net detaylardan sakınmak gereklidir.

Eğer belirlenen yaşından önce, dıştan bir müdahale sonucu hastalık veya tahrip edici bir hadise dünyanın başına gelmezse ve doğal ömründen önce dünya bozulmazsa bilimsel bir hesap ile kıyametin zamanı bellidir.

Güneşin dünyadaki görevinin sona ermesi çeşitli şekillerde olabilir. Buna yüzündeki iki siyah leke de sebep olabilir. Bu iki siyah leke şimdilik küçüktür. Büyümeye yüz tutmuştur.

Lekelerin büyümesi neticesinde güneşten dünyamıza gelen ısı ve ışık geriye alınacak, güneşin kendinde kalacaktır.

Modern ilimlere göre ısının değişmesi olayı son noktasına ulaşmış değildir. Şayet böyle bir şey olmuş olsaydı bugün biz yeryüzünde bulunup bu konu üzerinde düşünemezdik. Bu olay zamanla atbaşı yürümektedir. Bu sebeple evrenin bir başlangıcı vardır. Sözün kısası evrenin ezelî olması imkânsızdır.

33

Prof. Dr. Sir James Jeans* (Sör Ceyms Jiyns) (1877–1946) * İngiliz fizikçi ve gök bilimci, en çok termodinamik ve ısı konuları ile ilgilendi. “Etrafımızdaki Kâinat” kitabı, termodinamik ve ısı konularıyla özellikle ilgilidir.

Gördüğümüz alev alev yanan güneş, pırıl pırıl parıldayan yıldızlar ve çeşitli hayat sahipleriyle dolup taşan dünyamız bütünüyle evrenin belirli bir noktadan başladığını, muayyen bir zamanda var olduğunu açıkça göstermektedir.

Prof. Dr. Frank Allen* (1908–2001) * Kanadalı fizikçi, İskoçya’da yaşadı.

Evren sonradan meydana gelmiş bulunmaktadır.

Eğer maddenin başlangıcı olmasaydı (madde ezelî olsaydı) termodinamik kıyametin çoktan kopmuş olması lazımdı.

Prof. Dr. Frank Allen

EVRENDEKİ TOPLAM ENTROPİ DEĞİŞİMİ • Doğadaki olaylarda sistem ile ortam arasındaki ısı alışverişinden dolayı hem sistemin entropisi hem ortamın entropisi değişir hem de evrendeki toplam entropi değişir.

• Evrendeki toplam entropi değişimi (ΔStoplam), sistemin entropi 34

• • • •

değişimi ile (ΔSsistem) ortamın entropi değişiminin (ΔSortam) toplamına eşittir. ΔStoplam = ΔSsistem + ΔSortam Evrendeki entropi değişimi, bir olayın kendiliğinden oluşup oluşmayacağının göstergesidir. ΔS°toplam>0 ise olay istemli olup kendiliğinden oluşabilir.

Sabit basınç ve sıcaklıkta ΔSortam=- ΔH/T şeklinde yazılabilir. ΔS°sistem = ∑nS°ürünler – ∑nS°girenler

SOĞUTMA SUYU NEDENİYLE NÜKLEER ENERJİYE KARŞI ÇIKMAK DOĞRU MUDUR? • Entropi kanunu öğretisi; açığa çıkan enerjiyi değerlendirmeyi, en faydalı hâlde muhafaza etmeyi ve israf etmemeyi gerekli kılmaktadır. Bu doğrudur.

• İtiraz edenler; su buharının, suya dönüştürülmesi esnasında kaybolan enerjiye itiraz etmektedirler.

• Bu ise (soğutma suyu nedeniyle kaybolan enerji) ihmal edilebilir boyuttadır.

• Bu nedenle, bu konuyu bahane ederek nükleer enerjiye karşı çıkmak yersizdir.

• Temennimiz ileride bu israfın da önüne geçilmesidir.

KAR YAĞDIĞI İÇİN Mİ HAVA SOĞUR, YOKSA HAVA SOĞUK OLDUĞUNDAN MI KAR YAĞAR? • • • • • •

Hava soğuk olduğundan kar yağar.

H2O(s) → H2O(k) + ısı Böylece hava ısınmış olur.

Karın sayısız faydaları vardır.

Kar, H2O(k) demektir.

Donma olayı, ekzotermik reaksiyondur.

35

SICAK KARPUZ KESİLİNCE NİÇİN SOĞUR? • Sıcak bir karpuzun içindeki su, kesilmeden önce buharlaşamaz. Karpuz kesildiğinde ise su buharlaşır. Su buharlaşırken, karpuzun içindeki ısıyı alır. Isısı alınan karpuzun sıcaklığı düşer; böylece karpuz yaklaşık 10–15 dakika sonra tam yeme kıvamında soğukluğa gelir.

H2O(s) + ısı → H2O(g)

TERMODİNAMİĞİN II. VE III. KANUNLARI TERMODİNAMİĞİN II. YASASI: ENTROPİ KANUNU VE EKSERJİ (CARNOT KANUNU) • Termodinamiğin II. yasası, maddenin ezeliyetini imkânsız kılar. Sonsuz ilim, irade, kudret isteyen varlığı, cansız, şuursuz, ilimsiz, iradesiz, güçsüz maddeye vermek ve onu yaratıcı konumuna çıkarmak büyük bir cahilliktir.

Materyalistler, varlığı tamamen maddeye verip maddenin ezeliyetine inanırlar.

• Termodinamiğin II. yasasına rağmen, her şey yok olma ihtimalini aşarak basitten mükemmele sanat harikası olarak varlık dünyasına çıkmaktadır. Termodinamiğin II. yasasına göre, merkezdeki ısı, etrafa sıcaklık yaymak suretiyle bir gün bitecektir. Işık ve enerji kaynakları, çevrelerine ışık ve enerji yaymak suretiyle bir gün evrende enerji eşit duruma gelecektir. Bu da, enerjinin yok olması anlamına gelmese de, hayatın bitip ölümün gelmesidir; artı ve eksinin yok olması demektir.

• Carnot, bu kanunu, evinde kaynattığı su ve sobasının sıcaklığından edindiği deneyimlerine dayanarak ortaya koymuştur.

36

• Carnot’un bu deneyimleri daha sonra geliştirilmiştir ve günümüzde Carnot kanunu adı altında öğretilmektedir.

• Bu sahadaki deneyimler gösteriyor ki, eğer daha önce bir başka sebeple kıyamet kopmazsa, muhakkak bir termodinamik kıyameti olacak, evrendeki enerji sona erecek ve sistem çökecektir.

• Termodinamik kıyamet ile maddenin ezelî olmaması arasındaki ilişki vardır?

• Bu ilişkiden sonsuzluğu iddia edilen zaman ve mekânın zarar görmesi söz konusu mudur?

• Maddeye ezeliyet verenler, ezeliyetin ne demek olduğunu bilmemektedirler. Çünkü ezel, sonsuz demektir.

• Ezelî olan birleşmiş (birleşik) olmaz, birleşime girmez; basit ve parçalanmaz olur.

• Ezelî olan kesinlikle değişmez ve kendisine müdahalede bulunulamaz. Zaman, mekân kayıtlarının ve dolayısıyla zamana, mekâna bağlı hareketin dışında olur. Mutlaka ebedîdir; çünkü zamanın dışındadır.

• Ezel ve ebed, zamansızlık demek olduğundan, bir bakıma aynı noktada birleşirler.

• Bu özelliklerin hiçbiri maddede yoktur.

• Madde değişkendir.

• Madde, enerjiden ayrı düşünülemez. Enerji ise termodinamiğin II. yasasında da ortaya konulduğu üzere, ortak sıcaklığa erişmek suretiyle bir gün etkisini kaybedecektir.

• Ayrıca, madde hem her türlü etkileşime açıktır hem de zaman ve mekân kaydı altındadır.

• Mekân, küçük ölçekte atomlardan, büyük ölçekte ise güneşlerden oluşmuştur. Güneşlerden biri olan bizim güneşimizde, saniyede 564 milyon ton hidrojen helyuma dönüşmekte ve bunun neticesinde etrafa milyonlarca kalorilik ısı ve ışık olarak enerji yayılmaktadır. Tüm güneş sistemlerine yayılan bu enerjinin bir kısmı da yeryüzüne gelmektedir.

37

• Evren, bu türlü güneşlerden meydana gelmiştir.

• Bizim güneşimiz, bir gün tükenme noktasına ulaşacaktır.

Merkezkaç bir hareketle çok korkunç infilaklar olacak, ardından merkezçek bir hareketle büzülme ve kasılmalar meydana gelecek ve artık etrafındaki meyveleri barındıramayacak, dolayısıyla bir kıyamet koparacaktır.

• Bütün evren, temel taşı olan bu güneşlerden birleşik olduğuna göre, enerjileri sürekli tükenmeye doğru giden bu güneşlerin ezelî olması düşünülemez.

• Çünkü ezelî, yani sonsuz olan, birleşmiş olmaz. Madde ezelî olsaydı zaman ve mekân kaydı altına girmez; dolayısıyla aşınmaz, kendinde en küçük bir değişiklik meydana gelmezdi. Oysa görüyoruz ki, madde ve maddi dünya sürekli değişmekte, hâlden hâle girmekte, çözülme ve yeniden oluşmalara uğramakta veya sebep olmaktadır. Şu hâlde maddenin hem başlangıcı vardır hem de sonludur; zaman ve mekân kayıtlarıyla sınırlıdır.

• Termodinamiğin II. yasasına göre enerji, şekil itibariyle sürekli değişmektedir (entropi kanunu).

• Doğal reaksiyonlarda ürünlerin enerji kapasitesi girenlerinkinden azdır. Doğal reaksiyonlar ekzotermik reaksiyondur. Ürünlerin enerjisi daha az olduğundan, “Doğal olaylar, minimum enerji yönüne yürür.” denir.

• Solunumda CO2 üründür. C ve O2 ise girendir.

• CO2’nin enerjisi; C ve O2’nin enerjileri toplamından daha azdır. CO2, entalpisini düşürmüştür.

• C + O2 → CO2 + ısı • Bu konuda geçen “enerji kalitesinin düşmesi” tabiri, ürünlerin enerjisinin azalması anlamındadır.

• Solunumda açığa çıkan enerji israf edilmez. Bunun gibi doğal reaksiyonlarda da enerji israf edilmez.

• Oksijen, nefes içinde kana temas ettiğinde kanı kirleten karbonu kendine çeker. İkisi birleşir. CO2 oluşur. Hem vücut ısısını temin eder hem de kanı temizler. C ile O2 arasında birleşme kabiliyeti vardır. Bu iki tanecik birbirine yakın olduğu 38

•

• •

• • • •

•

vakit, aralarında kimyasal reaksiyon olur. Birleşmeden dolayı ısı açığa çıkar; çünkü elementlerden doğal bileşik oluşumuna dair kimyasal reaksiyonların tamamı ekzotermik tepkimedir.

Açığa çıkan ısıyı şöyle açıklayabiliriz: C atomu ve O2 molekülünün her birinin ayrı ayrı hareketleri vardır. Kimyasal değişim anında her iki tanecik, yani C atomu ile O2 molekülü birleşerek bir tane CO2 molekülü oluştuğundan bir tek hareketle hareket eder. Bir hareket açıkta kalır; çünkü birleşmeden önce iki hareket idi. Şimdi iki tanecik bir oldu.

Her iki tanecik bir tanecik hükmünde bir hareket aldı.

Diğer hareket başka bir kanun ile ısıya dönüşür.

Zaten “Hareket ısıyı doğurur.” bilinen bir kanundur. Böylece vücut ısısı ortaya çıktığı gibi, hem kandaki C alındığından kan temizlenir hem de CO2 nefes vermek suretiyle dışarı atılırken konuşma gibi önemli bir iş de yapılmış olur.

Tabii olan bütün kimyasal reaksiyonların, ekzotermik olduğunu ve açığa çıkan enerjinin değerlendirildiğini görüyoruz.

Biz de doğal olan bu vb. olayları örnek almalıyız. Enerji israfı yapmamalıyız.

Piller ve doğal kaplama reaksiyonları, kimyacıların doğallığı örnek alarak geliştirdikleri çalışmalara iki örnektir.

Entropi kanunu öğretisi, hem çalışmalarımızda ekzotermik reaksiyonlara öncelik vermeyi hem de ekzotermik tepkime sonucu açığa çıkan enerjiyi değerlendirmeyi gerekli kılmaktadır. Böylece doğal kanunlara uymuş olacağız.

Enerji tasarrufu, enerjiyi en faydalı hâlde muhafaza etmektir.

TERMODİNAMİĞİN II. YASASINDAN ÇIKARILMASI GEREKEN DERSLER • • • •

Kusursuzluk Mükemmellik Sıfır israf Azami tasarruf 39

• Çevreye pozitif enerji yaymak

GÜNLÜK HAYATTA TERMODİNAMİĞİN II. YASASI VE VERİMLİLİK (ENTROPİ KANUNUYLA DÜNYAYA YENİ BİR BAKIŞ VEYA ENTROPİYE DAYALI BİR DÜNYA GÖRÜŞÜ) • Günümüzde entropi, kimya ilmiyle sınırlı bir kavram olmaktan çıkmıştır.

• Sosyal yaşam, politika, psikoloji, teknoloji, aile hayatı vb. her alana girmiştir. Genel bir kanun olarak ele alınmaktadır.

• Çevrenin tahrip edilişine, ekolojik dengenin bozulmasına karşı çözüm entropi kanununda yatmaktadır.

• Entropi kanunu bize ekonomik enerjili durumu tercih etmeyi, azami tasarruf prensibine uymayı, israftan kaçınmayı, dengeli yaşamayı, doğal tepkimeleri örnek alarak her alanda ilerlemeyi tavsiye ediyor.

CARNOT DEVİNİMİ (CARNOT ÇEVRİMİ) • Mükemmel makinede tüm ısının işe çevrilmesi lazımdır.

Dizaynın tersinir olması gereklidir.

• Carnot devinimi, tersinir bir makinedir. Tersinir en verimli çalışandır.

TERMODİNAMİK III. YASA • Saf maddelerin kusursuz kristalinin 0 K’de entropisi 0’dır.

TERMODİNAMİĞİN SIFIRINCI YASASI • Termodinamiğin en basit yasasıdır.

• Eğer iki sistem birbirleriyle etkileşim içerisindeyken aralarında ısı veya madde alış verişi olmuyorsa bu sistemler 40

• •

•

•

termodinamik dengededirler.

1931 yılında Ralp H. Fowler tarafından tanımlanmıştır.

Sıfırıncı yasa şöyle der: Şayet hem A ve B sistemleri termodinamik dengede iseler hem de B ve C sistemleri termodinamik denge içerisinde iseler; A ve C sistemleri de termodinamik denge içerisindedirler.

Bu yasa, sonradan ortaya konulsa da temel bir kimya ilkesi olarak karşımıza çıkmıştır. Bu nedenle doğal olarak I. II. ve III. yasalardan önce gelme zorunluluğu doğmuş ve IV. yasa adını almamıştır.

I. II. ve III. yasalardan sonra ifade edildiği hâlde termodinamik ilminde sıfırıncı yasa olarak yerini almıştır.

EKSERJİ NEDİR? • Ekserji, bir sistemin sahip olduğu kullanılabilir iş potansiyelidir. Bir sistemin herhangi bir termodinamik yasaya aykırı olmaksızın sağlayabileceği maksimum işi ifade eder.

• Enerjinin sadece bir bölümü işe çevrilebilir. Toplam enerjinin kullanılabilen kısmı ekserjidir.

• Ekserji, enerjinin işe çevrilebilme potansiyelidir. Bir kaynaktan elde edilebilecek maksimum işi ifade eder.

• Bir hâl değişimi sırasında kaybedilen iş potansiyeli, ekserji kaybı olarak tanımlanır. Ekserji kayıpları ne kadar az ise üretilen iş o kadar fazladır.

• Ekserji, ikinci termodinamik yasasına dayanır.

• Ekserji analizi sonuçları, sistem performansının iyileştirilmesinde kullanılır.

GİBBS SERBEST ENERJİSİ GİBBS SERBEST ENERJİSİ BİRİMİ • G (Gibbs serbest enerjisi) birimi: kJ/mol 41

GİBBS SERBEST ENERJİSİ DEĞİŞİMİ • ΔGtepkime = Gibbs serbest enerjisi değişimi (Gibbs enerjisi değişimi, serbest Gibbs enerjisi değişimi veya serbest enerji değişimi) • ΔG°tepkime = Standart Gibbs serbest enerjisi değişimi (Standart Gibbs enerjisi değişimi, standart serbest Gibbs enerjisi değişimi veya standart serbest enerji değişimi) • ΔG° = ∑nG°ürünler – ∑nG°girenler

ΔG° = ΔH°sistem - TΔS°sistem FORMÜLÜNÜN ÇIKARILMASI G = H – TS ΔG = ΔH – TΔS ΔG° = ΔH°sistem - TΔS°sistem Bu formül şöyle çıkarılır: • ΔStoplam = ΔSsistem + ΔSortam • Sabit basınç ve sıcaklıkta ΔSortam=- ΔH/T olduğundan ΔStoplam yerine - ΔH/T yazılır: ΔStoplam = ΔSsistem + (- ΔH/T) ΔStoplam = ΔSsistem - ΔHsistem/T • Eşitliğin her iki tarafı -T ile çarpılır: -TΔStoplam = ΔHsistem - TΔSsistem • -TΔStoplam = ΔG olduğundan -TΔStoplam yerine ΔG yazılır: ΔG = ΔHsistem - TΔSsistem • Aynı formül standart şartlarda aşağıdaki gibi yazılır: ΔG° = ΔH°sistem - TΔS°sistem • Gibbs serbest enerjisi, değişimlerin istemliliğini etkileyen iki faktörü birleştirir. Bunlardan birincisi minimum enerjili olma eğilimi, ikincisi ise maksimum düzensizlik (entropi artışı) eğilimidir.

42

KİMYASAL OLAYLARDA İSTEMLİLİK VE GİBBS SERBEST ENERJİSİ • ΔG° değerinin negatif olması (sıfırdan küçük bir değer çıkması), reaksiyonun ürünler yönüne doğru istemli olduğunu gösterir (ΔG°<0 ise istemli).

• ΔG° değerinin pozitif olması (sıfırdan büyük bir değer çıkması), reaksiyonun ürünler yönüne doğru istemsiz, girenler yönüne doğru ise istemli olduğunu gösterir (ΔG°>0 ise istemsiz).

2. ÜNİTE: REAKSİYON HIZLARI VE 43

KİMYASAL DENGE ÜNİTENİN BÖLÜM BAŞLIKLARI • • • • •

1. Reaksiyon Hızı 2. Reaksiyon Hızının Bağlı Olduğu Etmenler 3. Kimyasal Reaksiyonlarda Denge 4. Kimyasal Dengeye Etki Eden Faktörler 5. Kimyasal Tepkimelerde Ürün Verimi

Hız ölçüsünde dengeli olmak gerekir. Mantık ve muhakeme hıza feda edilmemelidir.

1. REAKSİYON HIZI • Reaksiyon hızı, maddenin birim zamanda miktarındaki değişmedir. Bu değişme reaksiyona girenler için azalma, ürünler için artma şeklindedir. Buradaki miktar; gram, kilogram, mol, hacim, molarite cinsinden alınabilir. Ancak hesaplarda genellikle molarite kullanılır. Zaman ise reaksiyonun cinsine göre saniye, dakika, saat, gün, ay, yıl olabilir.

• Demirin paslanması çok yavaş gerçekleşirken dinamitin patlaması çok hızlı gerçekleşir. Bunun gibi her reaksiyonun kendine özel bir hızı vardır. İki tür hızdan bahsedilebilir: • 1 – Ortalama hız • 2 – Anlık hız

REAKSİYONLARDA HIZ TAKİBİ 44

• Kimyasal reaksiyonların hızları reaksiyonun cinsine göre basınç, renk, iletkenlik, ısı ve pH gibi değişmeler gözlenerek takip edilebilir.

• Gaz fazındaki reaksiyonların hızı basınç değişmesi yardımıyla tespit edilir.

• N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) reaksiyonunda 4 mol gaz (1 mol N2 ve 3 mol H2) reaksiyona girip, 2 mol gaz oluşmaktadır.

• Zamanla mol sayısı azalmaktadır. Mol sayısıyla basınç doğru orantılı olduğundan basınç da azalır. Basıncın birden azalması ya da yavaş yavaş azalmasına göre reaksiyonun hızı yorumlanabilir.

• İyonlu çözeltilerin reaksiyonları elektrik akımı iletkenliği yardımıyla tespit edilebilir.

• Kimyasal reaksiyona giren ya da reaksiyondan çıkan maddelerden en az biri renkli ise renk değişimi yardımıyla reaksiyon hızı tespit edilebilir.

BİR REAKSİYONUN GERÇEKLEŞMESİ İÇİN GEREKEN ŞARTLAR • 1 – AKTİFLEŞME ENERJİSİ (Ea): Kimyasal tepkimenin başlaması için gerekli minimum enerjiye denir. Aktifleşme enerjisi ne kadar büyükse tepkime o kadar yavaş gerçekleşir.

Aktifleşme enerjisi ileri veya geri reaksiyonun gerçekleşebilmesi için eşik enerjisi olup negatif değer almaz.

Radikal tepkimelerinde Ea 0’dır.

• 2 – UYGUN DOĞRULTUDA VE YÖNDE GAZ TANECİKLERİNİN ÇARPIŞMASI (ÇARPIŞMA TEORİSİ GAZLAR İÇİNDİR): Çarpışma meselesi gaz fazındaki maddeler için söz konusudur. Katı, sıvı ve çözeltilerde durum farklıdır. Kimyasal reaksiyonların gerçekleşebilmesi için gaz fazındaki reaktif maddelerin birbiriyle çarpışmaları gerekir.

Gaz taneciklerin çarpışması sonucu kimyasal olayların olduğunu ifade eden teoriye çarpışma teorisi denir.

45

• Her çarpışan gaz taneciği kimyasal reaksiyon vermez. Uygun doğrultu, yön ve yeterli enerjide olan çarpışmada reaksiyon gerçekleşir.

• Gaz molekülleri hareketleri sırasında birbirlerine çarpışmak için yaklaşırlar. Bu esnada kinetik enerjileri azalır, potansiyel enerjileri artar.

• Gaz tanecikleri uygun çarpışma olduğunda, yüksek potansiyel enerjiye ulaşır.

• Bu sırada kararsız durumda (yüksek potansiyel enerjili) aktifleşmiş kompleks denilen ara ürün oluşur. Ara ürün; girenler ya da ürünlere dönüşür. Girenlere dönüşürse reaksiyon olmaz. Ürünlere dönüşürse reaksiyon olur.

Potansiyel enerji azalır, kinetik enerji artar.

KENDİLİĞİNDEN OLUŞ VE ÇARPIŞMA TEORİSİ • “Kendiliğinden olan” reaksiyonlarda, uygun çarpışma doğaldır. Kendiliğinden denmesinin sebebi, sanki insan eli karışmadan olduğundandır.

• “Çarpışma teorisi” denmesi de, çarpışmayı kaza anlamında alırsak şöyledir: Programda yazılı olan, aynen yazılı olduğu gibi oluyor. Başka bir ifadeyle kaderde olan kaza oluyor/çarpışıyor demektir.

ÇARPIŞMAMASI GEREKEN TANECİKLER İÇİN KONULAN ENGELLER • • • • •

Maddenin hâli Birleşme kabiliyetinin olmaması Maddelerden birinin miktarının çok az olması Ea’nın yetersiz oluşu Çift yönlü oluş engeli 46

• Endotermik reaksiyon engeli Şimdi bunları birer örnekle görelim:

BİRLEŞME KABİLİYETİNİN OLMAMASI • Altın oksitlenmez.

• Soy gazlar hiçbir maddeyle tepkime vermez.

• Havada bulunan N2 gazı, inert (reaksiyonlara karşı ilgisiz) gazdır.

MADDELERDEN BİRİNİN MİKTARININ ÇOK AZ OLMASI • Havada hem N2 hem de H2 bulunur. Buna rağmen H2 miktarı az olduğu için, tepkime ekzotermik olduğu hâlde birleşmezler ve NH3 oluşmaz.

Ea’NIN YETERSİZ OLUŞU • Havada hem N2 hem de O2 bulunur. Yağmur yağdığında HNO3 (kezzap) oluşması için şartlar hazır olduğu hâlde, gerekli olan yüksek aktivasyon enerjisi (eşik enerjisi) sağlanmadığından HNO3 (nitrik asit) oluşmaz.

ÇİFT YÖNLÜ OLUŞ ENGELİ • H2O’nun iyonlaşma tepkimesi çift yönlüdür. 10 milyon H2O molekülünden yalnız 1 tanesi iyonlarına ayrışarak (OH)–1 ve H+1 iyonlarını oluşturur.

H2O ⇌ (OH)–1 + H+1

ENDOTERMİK REAKSİYON ENGELİ 47

• Bütün yanma reaksiyonları ekzotermik olduğu hâlde azotun yanması endotermiktir.

N2+ 2,5O2 + H2O + yüksek sıcaklık ⇌2HNO3 Bu nedenle havadaki N2 ve O2 birleşmezler. Kezzap oluşmaz.

KİMYASAL TEPKİMELERDE HIZ DENKLEMİNİN ÇIKARILIŞI • Aşağıdaki tek basamaklı reaksiyonun hız ifadesi, girenlerden gaz ve sulu çözeltilerin kat sayılarının molar derişimlerine üs olarak yazılması ve k sabitiyle çarpımlarından bulunur.

• 2A(g) + B(g) → C(g) + 2D(g) reaksiyonu için hız ifadesini yazalım: RH = k [A]2[B] • k hız sabitidir.

• Her reaksiyon için hız sabiti k’nın sayısal değeri farklıdır.

• Katı ve sıvı maddelerin derişimleri sabit olduğundan reaksiyon hız denklemine yazılmazlar, sadece gazlar ve suda çözünmüş iyonların molar derişimleri hız bağıntısına yazılır.

KATI VE SIVI MADDE DERİŞİMLERİ HIZ İFADESİNDE NİÇİN YAZILMAZ? • k, katı ve sıvılar hesaba katılarak ayarlanmıştır.

• Birim hacme düşen katı ve sıvı tanecik sayısı tepkimede değişmez.

TEPKİME HIZI ÇIKANLARIN DERİŞİMİ İLE DE İLİNTİLİ OLABİLİR • 2A(g) + B(g) → C(g) + 2D(g) reaksiyonunun hız ifadesi şayet tepkime tek basamaklı ise RH = k [A]2[B] şeklinde yazılabilir.

• Şayet tepkime birden fazla basamaklı ise hız, çıkanların derişim ile de ilintili olabilir.

48

• Bundan dolayı hız ifadesi deneysel bulunur.

KATALİZÖR, HIZ İFADESİNDE YER ALABİLİR Mİ?

• Şayet tepkime birden fazla basamaklı ise katalizör, hız ifadesinde yer alabilir.

k HIZ SABİTİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER (k YALNIZ SICAKLIKLA DEĞİŞİR) • k hız sabiti, yalnız sıcaklıkla değişir.

• Temas yüzeyi artınca hız da artar. “Hız arttığına göre k büyümüştür.” denilemez. Tepkimenin hızlanması, temas yüzeyinin k hız sabitini arttırmasından ötürü değildir; temas yüzeyi, mekanizmayı değiştirdiği için tepkime hızlanmıştır, k değişmemiştir.

• Bazı kaynaklardaki “Hız sabiti k’yı temas yüzeyi değiştirir.” şeklindeki bilgi yanlıştır.

• Aynı meseleyi katalizör için de söyleyebiliriz. Katalizör, mekanizmalı tepkimelerde mekanizmayı değiştirir; bu nedenle tepkime hızlanır. Mekanizmalı tepkimelerde tepkimenin hızlanması, katalizörün k hız sabitini arttırmasından ötürü değildir; katalizör, mekanizmayı değiştirdiği için tepkime hızlanmıştır, k değişmemiştir.

• Dolayısıyla bazı kaynaklardaki “Hız sabiti (k), katalizör ile değişir.” şeklindeki bilgi de yanlıştır.

KADEMELİ TEPKİMELERDE HIZ (TEPKİME MEKANİZMASI) • Kimyasal reaksiyonların bir kısmı birden fazla basamak içeren mekanizmalarla oluşur. Birden fazla basamakta 49

• • • • • •

gerçekleşen reaksiyonların (mekanizmalı reaksiyonlar, kademeli reaksiyonlar) hız denklemleri, en yavaş basamağa göre yazılır. Kademeli bir tepkimenin hızı en yavaş basamağın hızına eşittir; çünkü bir zincir en zayıf halkası kadar kuvvetlidir.

Başka bir ifadeyle en yavaş yürüyenin adımıyla yürünmüştür.

Konu; “Korkunuz ki kimse korkmasın veya yalnız korkulacaktan korksun.” ile de eş anlamlıdır. “Şayet korkuyorsanız, sizi düşman bilenler kaçmaktadır.” ise kanundan çıkaracağımız sosyal dersin başka bir boyutudur.

Doğru mekanizma önerilmelidir. Önerilen mekanizmanın verdiği hız ifadesiyle deneysel hız ifadesi örtüşmelidir.

Mekanizmada önerilen maddeler deneyde gözlemlenemeyebilir; çünkü önerimdir. Gözlemlenmemesi önerilen mekanizmanın yanlışlığına delalet etmez.

Atomların, moleküllerin ve iyonların davranışlarına dayanarak, tepkimelerin gerçekleşme yollarının ayrıntılı olarak tanımlanmasına tepkime mekanizması denir.

REAKSİYON DERECELERİ • Reaksiyonun hız bağıntısından her bir maddenin derişimi üzerindeki üs o madde üzerinden tepkime derecesini (mertebesini), bu üslerin toplamı ise toplam tepkimenin derecesini verir.

• RH = k[A] [B]2 olan bir kimyasal reaksiyon A maddesine göre birinci, B'ye göre 2. derecedendir. Reaksiyon toplam olarak 3. Derecedendir (Reaksiyona göre 3. derecedendir).

• Tepkime dereceleri her zaman tam sayılı olmaz. 1/2’nci, 2/3’üncü, sıfırıncı vb. dereceler de olabilir.

• Aşağıdaki tepkimenin hız ifadesini yazalım. Girenlerdeki maddeler katı ve sıvı olduğundan hız ifadesinde yer almaz.

Hız, k’ya eşit olur. Hız ifadesi, Hız=k olarak yazılır; tepkime sıfırıncı derecedendir.

50

Na(k) + H2O(s) → NaOH(suda) + 1/2H2(g)

2. REAKSİYON HIZININ BAĞLI OLDUĞU ETMENLER REAKSİYON HIZINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER • • • • • • •

1. Maddenin cinsi 2. Temas yüzeyi 3. Derişim (Konsantrasyon) 4. Basınç – Hacim 5. Katalizör 6. Sıcaklık 7. Gaz taneciklerinin etkin çarpışma sayısı

• 1. MADDE CİNSİNİN REAKSİYON HIZINA ETKİSİ • Kimyasal reaksiyonlarda, moleküller arasında ve molekül içinde kopan ve tekrar yeni düzenleme ile oluşan bağ sayısı ne kadar fazla ise çarpışma teorisine göre reaksiyon o kadar yavaş olur.

• Nötr reaksiyonlar genellikle iyonlar arası reaksiyonlardan yavaş olur.

• Zıt yüklü iyonların reaksiyonları genellikle çok hızlı olur.

• Organik bileşiklerin reaksiyonları genellikle çok yavaştır.

REAKSİYONLARDA HIZLIDAN YAVAŞA DOĞRU ÖRNEKLER AgNO3(suda) +NaCl(suda)→ AgCl(k) +NaNO3(suda) 51

Fe(k) + 2Ag+1(suda) → Fe+2(suda) + 2Ag(k) 2H2 + O2 → 2H2O CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O C + O2 → CO2 4Fe + 3O2 →2Fe2O3

YAVAŞ OLAN REAKSİYONLARA ÖRNEKLER • 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 • H2O ⇌ (OH)–1 + H+1

YAVAŞ OLMASI BEKLENEN REAKSİYONLARIN HIZLI OLMASI

• 1 tane protein molekülünün; binlerce atomun uygun doğrultuda, simetrik ve zamanında çarpışmasıyla meydana geldiği düşünülecek olursa tepkime hızıyla ilgili yazılan kurallar, daha iyi anlaşılır.

GERÇEKLEŞTİRİLEMEYEN REAKSİYONLARA ÖRNEKLER • • • •

Au + O2 → Gerçekleşmez.

He + O2 → Gerçekleşmez.

Ne + O2 → Gerçekleşmez.

Ar + O2 → Gerçekleşmez.

BİRLEŞME KABİLİYETLERİ OLMADIĞI HÂLDE ÖZEL ŞARTLARDA BİRLEŞTİRİLEREK GERÇEKLEŞTİRİLEN REAKSİYONLARA ÖRNEKLER 52

• Fe + Cr+3 → Fe+3 + Cr • 2H2O → 2H2 + O2 • N2 + 3H2 ⇌ 2NH3

• 2. TEMAS YÜZEYİNİN REAKSİYON HIZINA ETKİSİ • Reaksiyona giren maddelerin temas yüzeyinin artmasıyla reaksiyon hızı artar.

• Odunun kütük olarak yanması yavaş iken küçük parçalar veya talaş hâlinde yanması hızlıdır. Küp şekerin toz şekerden, onun da pudra şekerinden daha yavaş çözünmesinin sebebi de temas yüzeyidir.

• Temas yüzeyi yerine yüzey alanı da denilebilir.

• 3. DERİŞİMİN REAKSİYON HIZINA ETKİSİ • Reaksiyona giren maddelerin derişimleri arttıkça reaksiyon hızlanır, azaldıkça yavaşlar.

• Kademeli reaksiyonlarda en yavaş basamaktaki girenlerin derişimi değiştirilirse hız değişir.

• 4. BASINÇ – HACİM DEĞİŞİKLİĞİNİN REAKSİYON HIZINA ETKİSİ • Basınç veya hacim etkisi, derişim etkisi olarak da düşünülebilir. Hacim azalması veya artması derişimde değişmelere sebep olacağından hızı etkiler.

• Gazlar arasındaki reaksiyonlarda basıncın artmasıyla (hacim azalmasıyla) reaksiyon hızı artar, basıncın azalmasıyla (hacim artmasıyla) reaksiyon hızı azalır.

• 5. KATALİZÖRÜN REAKSİYON HIZINA ETKİSİ • Katalizörler, kimyasal reaksiyona girdiği gibi çıkan, reaksiyonun hızını, aktifleşme enerjisini, mekanizmalı tepkimelerde mekanizmasını değiştiren, ΔH’a etki etmeyen maddelerdir.

53

• Reaksiyonun hızını arttıranlar pozitif katalizörler (aktivatör), yavaşlatanlar ise negatif katalizörlerdir (inhibitör).

• Katalizör aktifleşme enerjisini düşürmüştür.

• Katalizör, mekanizmalı tepkimelerde mekanizmayı değiştirir, yavaş adım tepkimesi değiştiğinden dolayı hız ifadesi de değişir. Her bir tepkimenin kendine özgü k sabiti değeri olduğundan dolayı k sabiti de değişmiş olur. Değişen k, farklı bir tepkimenin k’sıdır. Aynı tepkimenin k’sı yalnız sıcaklıkla değişir.

• Katalizörler; başlamış ama yavaş olan başka bir ifadeyle zaten gerçekleşen reaksiyonları hızlandırır, gerçekleşmeyen reaksiyonun gerçekleşmesini sağlayamazlar.

• Katalizör olarak varsaydığımız madde kullanılmadığında şayet tepkime olmuyorsa o maddeye katalizör diyemeyiz.

• Katalizörler az miktarda kullanılır, miktarı fazla olan madde katalizör olamaz.

• Enzimler, doğal biyolojik katalizörlerdir.

• Kademeli reaksiyonlarda kullanılacak katalizör en yavaş basamağa uygun olacak şekilde seçilmelidir.

• Mekanizmalı tepkimelerde katalizör, hız ifadesinde yer alabilir. Katalizör, bazen hız ifadesinde yer alır, bazen almaz.

• Katalizör, tepkimelerde ok işaretinin üzerine yazılır.

• Mekanizmalı tepkimelerde katalizör, yavaş adımın aktivasyon enerjisini (Ea) düşürmekle beraber, yavaş adım tepkimesi de değişir. Tek basamaklı tepkimelerde katalizör, aktivasyon enerjisini (Ea) düşürür.

• 6. SICAKLIĞIN REAKSİYON HIZINA ETKİSİ • Hem endotermik hem de ekzotermik reaksiyonlarda sıcaklığın artmasıyla reaksiyon hızı artar. Yalnız polimerizasyon tepkimelerinde sıcaklık hızı azaltır.

• 7. GAZ TANECİKLERİNİN ETKİN ÇARPIŞMA SAYISININ REAKSİYON HIZINA ETKİSİ • Tepkime hızı, gaz taneciklerinin etkin çarpışma sayısıyla 54

doğru orantılıdır.

N2O’DAN N2 VE O2 OLUŞUMU (KATALİZÖRSÜZ) • N2O(g) → N2(g) + O(g) • O(g) + N2O(g) → N2(g) + O2(g) • Bu iki denklem taraf tarafa toplanırsa aşağıdaki denklem elde edilir.

• 2N2O(g) → 2N2(g) + O2(g) • Ara ürün O’dur; katalizör yoktur.

GENELLİKLE ARA ÜRÜNÜN GİRENLERDE OLDUĞU BASAMAK YAVAŞ ADIMDIR • SORU: 2N2O(g) → 2N2(g) + O2(g) şeklindeki mekanizması aşağıda verilen reaksiyon denkleminin hız ifadesini yazınız.

N2O(g) → N2(g) + O(g) O(g) + N2O(g) → N2(g) + O2(g) • CEVAP: İkinci basamak yavaş adımdır. Hız=k [N2O] [O] olur.

Mekanizmalı tepkimelerde ara ürün genellikle hız bağıntısında yer alır.

N2O’DAN N2 VE O2 OLUŞUMU (KATALİZÖRLÜ) Cl2(g) → 2Cl- (suda) 2N2O(g) + 2Cl-(suda) → 2N2(g) + 2ClO-(suda) 2ClO-(suda) → Cl2(g) + O2(g) Bu üç denklem taraf tarafa toplanırsa aşağıdaki denklem elde edilir.

• 2N2O(g) → 2N2(g) + O2(g) • Cl2 katalizördür; Cl- ve ClO- ara üründür.

• • • •

ARA ÜRÜNÜN ÜRÜNLERDE OLDUĞU 55

BASAMAK GENELLİKLE YAVAŞ ADIM OLAMAZ • SORU: Mekanizması aşağıda verilen 2N2O → 2N2+ O2 reaksiyon denklemine ait hız ifadesini yazınız.

Cl2 → 2Cl2N2O + 2Cl- → 2N2+ 2ClO2ClO- → Cl2 + O2 • CEVAP Cl2 → 2Cl- (hızlı adım) 2N2O + 2Cl- → 2N2+ 2ClO- (hızlı adım) 2ClO- → Cl2 + O2 (yavaş adım) Birinci basamak yavaş adım olamaz; çünkü ara ürün ürünlerdedir (Cl-). İkinci basamak da yavaş adım olamaz; çünkü burada da ara ürün ürünlerdedir (ClO-). Sonuçta üçüncü basamağın yavaş basamak olduğu anlaşılır. Hız=k [ClO-]2 olur.

3. KİMYASAL REAKSİYONLARDA DENGE KİMYASAL DENGE • Ürün ve reaktiflerin derişim oranlarının sabit kalmasıdır.

• Sabit sıcaklıkta kapalı kapta; A+B ⇌ C+D tepkimesini inceleyelim: Kaba önce bir miktar A ve B koyalım. Zamanla A ve B’nin reaksiyona girmesinden dolayı miktarı azalacak, C ve D’nin miktarı artacaktır. Oluşan C ve D reaksiyona girip tekrar A ve B oluşacaktır.

• Bir müddet sonra A ve B’den C ve D oluşma hızı ile C ve D’den A ve B oluşma hızı eşit olur. Bu duruma denge durumu 56

• • • •

denir.

Denge anında maddelerin konsantrasyonu değişmemekle birlikte her iki yönde reaksiyon eşit hızda sürmektedir (Dinamik denge). Denge tepkimelerinin çift okla gösterilmesinin sebebi budur.

Kimyasal denge iki yönlü tepkimelerde söz konusudur. İki yönlü tepkimelere tersinir tepkime, reversibl tepkime, çift yönlü tepkime de denir.

Tek yönlü tepkimeler ise geriye dönmeyen tepkime, tersinmez tepkime, irreversibl tepkime adlarıyla da biliniyordu.

KİMYASAL DENGE SABİTİ (K) • Sabit sıcaklıkta denge durumunda; ileri yöndeki reaksiyonun hız sabitinin geri yöndeki reaksiyonun hız sabitine oranı sabittir. K ile belirtilir.

• Molar derişimler cinsinden denge sabiti ve kısmi basınç cinsinden denge sabiti olmak üzere iki çeşit K vardır.

DERİŞİM CİNSİNDEN KİMYASAL DENGE SABİTİ (Kc) • Molar derişimler cinsinden denge sabiti Kc ile gösterilir.

• K denildiğinde de Kc anlaşılmalıdır.

KISMİ BASINÇ CİNSİNDEN KİMYASAL DENGE SABİTİ (KP)

• Kısmi basınç cinsinden denge sabiti ise KP ile gösterilir.

57

KİMYASAL DENGEDE DENGE BAĞINTISININ MOLAR DERİŞİMLER KULLANILARAK YAZILIŞI • 2A(g) + B(g) ⇌ C(g) + 2D(g) reaksiyonu için molar derişim cinsinden denge ifadesi; [D]2 [C]’nin, [A]2 [B]’ye bölümünün Kc’ye eşitlenmesiyle elde edilir.

• Bir kimyasal reaksiyon sonucu oluşan gaz ve sulu çözeltilerin molar konsantrasyonları çarpımının (kat sayıların molar derişime üs olarak yazılması kaydıyla), reaksiyona giren gaz ve sulu çözeltilerin molar konsantrasyonları çarpımına (kat sayıların molar derişime üs olarak yazılması kaydıyla) bölünmesiyle çıkan sayısal değer, denge sabitine (Kc) eşittir.

• Denge sabiti hız sabitlerinden yola çıkılarak bulunduğundan katı ve sıvı fazdaki maddeler denge bağıntısında yer almaz, gaz fazındaki ve suda çözünmüş durumdaki maddeler yazılır.

KİMYASAL DENGEDE DENGE BAĞINTISININ KISMİ BASINÇLAR KULLANILARAK YAZILIŞI • 2A(g) + B(g) ⇌ C(g) + 2D(g) reaksiyonu için kısmi basınç cinsinden denge ifadesi; PD2 PC’nin, PA2 PB’ye bölümünün KP’ye eşitlenmesiyle elde edilir.

• Bir kimyasal reaksiyon sonucu oluşan gazların kısmi basınçları çarpımının (kat sayıların kısmi basınca üs olarak yazılması kaydıyla), reaksiyona giren gazların kısmi basınçları çarpımına (kat sayıların kısmi basınca üs olarak yazılması kaydıyla) bölümü, KP denge sabitine eşittir.

MEKANİZMALI OLARAK GERÇEKLEŞEN TEPKİMELERİN DENGE BAĞINTISI • 2X(g) + Y(g) ⇌ X2Y(g) (Hızlı)

58

X2Y(g) + Y(g) ⇌ 2XY(g) (Yavaş) mekanizmasına sahip, 2X(g) + 2Y(g) ⇌ 2XY(g) tepkimesinin denge bağıntısı nedir?

• Mekanizmalı olarak gerçekleşen tepkimelerin denge bağıntısı olarak toplu tepkimenin denge bağıntısı alınır.

K=

[ XY ]2 [X ]2 [Y ]2

KISMİ BASINÇLAR CİNSİNDEN DENGE SABİTİ (KP) İLE DERİŞİM CİNSİNDEN DENGE SABİTİ (Kc) İLİŞKİSİ • Gaz fazında gerçekleşen kimyasal reaksiyonlarda kısmi basınçlar cinsinden denge sabiti ile derişim cinsinden denge sabiti ilişkisini belirten bağıntı şu şekildedir: KP = Kc (RT)Δn • Bağıntı şöyle de yazılır: Kc = KP / (RT)Δn • T = Mutlak sıcaklık (K) • R = İdeal gaz sabiti • Δn = Gaz fazındaki ve çözelti hâlindeki ürünlerin kat sayıları toplamı – Gaz fazındaki ve çözelti hâlindeki girenlerin kat sayıları toplamı

GAZLARIN KISMİ BASINÇLAR CİNSİNDEN DENGE SABİTİ (KP) DEĞERLERİ TABLOLARI • Gazların kısmi basınçlar cinsinden denge sabiti (KP) değerlerinin yazıldığı tablolar atm’ye göre ayarlanmıştır.

• Farklı birimlere göre de KP değerleri olabilir.

DENGE SABİTİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER 59

1. Sıcaklık 2. Kat sayıların değişimi • K denge sabitinin sayısal değerini dış etkilerden yalnız sıcaklık değiştirir.

• K denge sabitinin sayısal değerine derişim, hacim, basınç ve katalizörün etkisi yoktur.

DENGE SABİTİNE SICAKLIK DEĞİŞİMİNİN ETKİSİ • Ekzotermik reaksiyonlarda sıcaklığın arttırılmasıyla denge, girenler lehine kayar. Bağıntıda girenlerin molar derişimi paydaya yazıldığından K denge sabitinin sayısal değeri küçülür.

• Ekzotermik reaksiyonlarda sıcaklığın azaltılmasıyla denge, ürünler lehine kayar. Bağıntıda ürünlerin molar derişimi paya yazıldığından K denge sabitinin sayısal değeri büyür.

• Endotermik reaksiyonlarda sıcaklığın arttırılmasıyla denge, ürünler lehine kayar. Bağıntıda ürünlerin molar derişimi paya yazıldığından K denge sabitinin sayısal değeri büyür.

• Endotermik reaksiyonlarda sıcaklığın azaltılmasıyla denge, girenler lehine kayar. Bağıntıda girenlerin molar derişimi paydaya yazıldığından K denge sabitinin sayısal değeri küçülür.

FARKLI İKİ SICAKLIKTAKİ K1 VE K2 DEĞERLERİNDEN ΔH HESAPLANMASI • log K2/K1= ΔH/2,303R.(T2–T1)/(T2.T1) • R=8,314 J/mol. K

K1 VE ΔH DEĞERLERİ BİLİNİYORSA K2 60

HESAPLANABİLİR • log K2/K1= ΔH/2,303R.(T2–T1)/(T2.T1) • R=8,314 J/mol. K

DENGE SABİTİNE KAT SAYI DEĞİŞİMİNİN ETKİSİ (DENGE REAKSİYONLARINA HESS PRENSİPLERİNİN UYGULANMASI) • Sabit sıcaklıkta bir kimyasal reaksiyonun denge sabiti K ise; denklem ters çevrilirse denge sabiti 1/K olur.

• Denge denkleminin kat sayıları bir sayı ile çarpılırsa aynı sayı denge sabitine üs olarak alınır.

• Denge denkleminin kat sayıları 2’ye bölünürse, denge sabitinin karekökü alınır.

• Denge reaksiyon denklemi birden fazla reaksiyon denkleminin toplamından elde ediliyorsa bu denge denkleminin denge sabiti, toplanan reaksiyon denklemlerinin denge sabitlerinin çarpımına eşittir.

NİÇİN DENGE? • Maddelerin tümünün yapısında minimum enerjiye yönelme eğilimi ve maksimum düzensizlik eğilimi mevcuttur.

MİNİMUM ENERJİYE EĞİLİM • Bütün maddeler düşük potansiyel enerjili olmak isterler.

• Kimyasal reaksiyonlarda minimum enerjiye eğilim ısının olduğu tarafadır.

• Örneğin; A + B ⇌ C + ısı reaksiyonunda minimum enerjiye eğilim ürünler yönünedir.

MAKSİMUM DÜZENSİZLİĞE EĞİLİM 61

• Minimum enerjiye eğilim yönü ile maksimum düzensizlik yönü birbirine zıttır.

MİNİMUM ENERJİ VE MAKSİMUM DÜZENSİZ EĞİLİMİ HANGİ YÖNDEDİR? • Maddenin katıdan gaza doğru düzensizliği artmaktadır.

H2O(k) + ısı → H2O(s) H2O(s) + ısı → H2O(g) Yukarıdaki reaksiyonlarda maksimum düzensizliğe eğilim sağa doğrudur, başka bir ifadeyle ürünler lehinedir.

• Gaz reaksiyonlarında mol sayısının çok olduğu yöne doğru düzensizlik artmaktadır.

COCl2(g) ⇌ CO(g) + Cl2(g) Yukarıdaki reaksiyonda maksimum düzensizliğe eğilim sağa doğrudur, başka bir ifadeyle ürünler lehinedir.

• Tuzların suda çözünmesi sırasında iyonlaşma yönünde düzensizlik artar.

NaCI(k) + ısı + su → Na+(suda) + Cl–(suda) Yukarıdaki reaksiyonda maksimum düzensizliğe eğilim sağa doğrudur, çözünme yönünedir, başka bir ifadeyle ürünler lehinedir.

• Suda çözünen madde katı bir tuz olduğu gibi sıvı bir madde de olabilir. Alkol-su karışımında istisna olarak hem maksimum düzensizlik faktörü hem de minimum enerjiye meyil aynı yönde olup ürünler lehinedir; bu tür sıvılar, birbiriyle her oranda karışabilen sıvılardır. Alkol, suda çözünmek suretiyle alkol oranını azaltmak eğilimindedir.

C2H5OH(s) → C2H5OH(suda) • Gazların suda çözünmesi olayında düzensizlik azalır.

O2(g) + su ⇌ O2(suda) + ısı CO2(g)+ H2O(s) ⇌ 2H+(suda)+ CO3 –2(suda) + ısı Yukarıdaki reaksiyonlarda maksimum düzensizliğe eğilim sola doğrudur.

• Suyun iyonlaşma denkleminde maksimum düzensizliğe 62

eğilim, iyonların olduğu yöne yani sağa doğrudur, başka bir ifadeyle ürünler lehinedir.

H2O(s) ⇌ H+1(suda) + OH–1(suda) • Bağ oluşumu ekzotermik reaksiyondur.

H + H→ H2 + enerji Yukarıdaki reaksiyonda maksimum düzensizliğe eğilim sola doğrudur.

• Bir tepkimede minimum enerjiye eğilim ilkesi denklemin bir tarafına doğru, maksimum düzensizliğe eğilim ilkesi denklemin diğer tarafına doğru ise olay denge reaksiyonudur (çift yönlüdür), her iki eğilim de aynı yönü destekliyorsa olay tek yönlüdür.

• Tek yönlü tepkimelerde her iki eğilimin de aynı yönü desteklemesi; maksimum düzensizlik eğiliminin baskı altına alınması anlamına gelmektedir.

4. KİMYASAL DENGEYE ETKİ EDEN FAKTÖRLER KİMYASAL DENGEYE ETKİ EDEN FAKTÖRLER LE CHATELİER PRENSİBİNE GÖRE YORUMLANIR • Kimyasal Dengeye Etki Eden Faktörlerin Le Chatelier Prensibine Göre Yorumlanması: Denge hâlindeki bir sisteme dışarıdan bir etki yapıldığında sistem bu etkiyi azaltıp yeniden dengeye gelecek şekilde tepki gösterir.

KİMYASAL DENGEYE ETKİ EDEN 63

FAKTÖRLER 1. KONSANTRASYON (DERİŞİM) ETKİSİ 2. BASINÇ – HACİM ETKİSİ 3. SICAKLIK ETKİSİ

KONSANTRASYONUN (DERİŞİM) KİMYASAL DENGEYE ETKİSİ • Bir denge reaksiyonunda denge bağıntısında olan maddelerden birinin derişimi arttırılırsa denge, derişimi arttırılan maddeyi azaltacak yönde; denge bağıntısında olan maddelerden birinin derişimi azaltılırsa denge derişimi azaltılan maddeyi arttıracak yönde tepki gösterir.

• Katı ve sıvı maddelerin derişimlerinin arttırılmasının veya azaltılmasının kimyasal dengeye etkisi yoktur; çünkü bu maddeler denge bağıntısında yer almazlar.

DENGE KESRİ (YALANCI DENGE SABİTİ) • Herhangi bir andaki denge bağıntısına Q dersek, sistemin dengede olup olmadığı K ile Q’nun karşılaştırılması ile bulunur.

• K = Q ise sistem dengededir.

• K < Q ise sistem dengeye ulaşmak için girenler lehinde yürür.

• K > Q ise sistem dengeye ulaşmak için ürünler lehinde yürür.

BASINÇ – HACİM DEĞİŞİKLİĞİNİN KİMYASAL DENGEYE ETKİSİ Sabit sıcaklıkta bir miktar gazın hacmi azaltılırsa basıncı artar, hacmi arttırılırsa basıncı azalır.

64

• Dengedeki bir sistemin hacmi azaltılırsa basıncı artacağından denge, sistemin basıncını azaltacak yöne (gazların mol sayısının az olduğu yöne) kayar.

• Dengedeki bir sistemin hacmi arttırılırsa basınç azalacağından denge, sistemin basıncını arttıracak yöne (gazların mol sayısının çok olduğu yöne) kayar.

• Denge denkleminde reaksiyona girenlerin ve ürünlerin gaz olarak mol sayısı birbirine eşit ise hacim ve basınç değişimi bu tür reaksiyonlara etki etmez.

• Hacim etkisini derişime paralel olarak da düşünebiliriz. Hacim artarsa derişim azalır, hacim azalırsa derişim artar. Denge de derişime göre tepki gösterir.

SICAKLIK DEĞİŞİKLİĞİNİN KİMYASAL DENGEYE ETKİSİ Isı artışı dengeyi ısıyı harcayacak yöne, ısı azalması ise ısı üretecek yöne kaydırır.

• Ekzotermik reaksiyonlarda sıcaklığın arttırılmasıyla denge, sıcaklığın azalacağı yön olan girenler lehine kayar.

• Ekzotermik reaksiyonlarda sıcaklığın azaltılmasıyla denge, sıcaklığın artacağı yön olan ürünler lehine kayar.

• Endotermik reaksiyonlarda sıcaklığın arttırılmasıyla denge, sıcaklığın azalacağı yön olan ürünler lehine kayar.

• Endotermik reaksiyonlarda sıcaklığın azaltılmasıyla denge, sıcaklığın artacağı yön olan girenler lehine kayar.

KATALİZÖRÜN DENGEYE ETKİSİ YOKTUR • Katalizörler, dengede olan bir sisteme etki etmez, ancak dengede olmayan sistemin (ileri ve geri yöndeki hızını arttırabileceğinden) daha kısa sürede dengeye ulaşmasını sağlar.

65

REAKSİYONA GİRMEYEN HERHANGİ BİR MADDENİN EKLENMESİNİN DENGEYE ETKİSİ BAZEN YOKTUR, BAZEN VARDIR • Dengedeki bir sisteme hacim ve sıcaklık değiştirilmeden reaksiyona girmeyen herhangi bir maddenin eklenmesi denge durumunu değiştirmez.

• İdeal sürtünmesiz bir kapta cereyan eden herhangi bir denge reaksiyonunda; dengedeki bir sisteme, reaksiyona girmeyen herhangi bir maddenin eklenmesi denge durumunu değiştirir; çünkü kap sürtünmesiz olduğundan, hacim genişler, gazların molaritesi ve kısmi basıncı azalır.

Eklenen tepkimeye girmeyen helyum vb. gazın etkisi, molarite veya basınç azalmasının kimyasal dengeye etkisi olarak düşünülür.

Le Chatelier (Lö Şatölye) Prensibi • Bir sisteme dışarıdan bir etki yapıldığında sistem bu etkiyi azaltacak şekilde tepki gösterir.

• Le Chatelier prensibi, evrendeki kanunlardan biridir.

Hayatımızda bu prensiple iç içeyiz. Bazı konuları Le Chatelier prensibi ile açıklayabiliriz.

LE CHATELİER PRENSİBİ İLE AÇIKLANABİLEN BAZI KONULAR • Sıcak su içmenin bedenin doğal serinletme sistemini çalıştırması • Kemik erimesi ilaçlarının kemik erimesi hastalığı yapması • Sentetik erkeklik hormonlarının erkekliği azaltması 66

• • • • • • • • •

Şeker düşürücü ilaçların şeker hastalığı yapması Kan vermenin kanı arttırması Kan yapıcı ilaçların kansızlık yapması Antiasit ilaçların mide asidini arttırması Astım ilaçlarının astımı kronikleştirmesi Tansiyon ilaçlarının tansiyonu kronikleştirmesi Ağrı kesicilerin ağrıyı müzminleştirmesi Depresyon ilaçlarının depresyonu arttırması Mutlu olmak niyetiyle alınan ecstasy (ekstazi) hapının insanı mutsuz etmesi

BEDENİMİZDEKİ DOĞAL SERİNLETME SİSTEMİNİNLECHATELİER PRENSİBİNE GÖRE YORUMLANMASI • Sıcak su içmek, bedenin doğal serinletme sistemini çalıştırır.

Böylece başta kan dolaşımının hızlanması olmak üzere birçok fayda ortaya çıkar.

• Hamam ve saunadan sonra sıcak içecekler tercih edilir.

• Yapılan etki sıcaklığı arttırmak olduğu hâlde, Le Chatelier prensibine göre zıddı olur ve vücudun sıcaklığı azalır.

Böylece insan serinlemiş olur.

KEMİK ERİMESİ İLAÇLARININ KEMİK ERİMESİ HASTALIĞI YAPMASININLECHATELİER PRENSİBİNE GÖRE YORUMLANMASI • Örneğin; Fosamax ilacı, kemik erimesine karşı kullanılmaktadır. Başta çene kemiğinde erime olmak üzere vücutta kalsiyum azalması sonucu kemik erimesi yapmaktadır.

67

• U.S. FDA [United States Food & Drug Administration] (Yunaytıd Steyts Fuud end Drag Edministreyşın) (ABD Gıda & İlaç İşletimi) 2005 yılında Fosamax ilacına kemik erimesi yaptığına dair etiket koydurtmuştur. İlaçtan zarar görenler, ilacın piyasadan kaldırılmasını istemektedirler. Bu nedenle üretici firmayı dava etmişlerdir. Bu konuda mahkemeler devam etmektedir.

• Yapılan etki kemik erimesini durdurmak olduğu hâlde, Le Chatelier prensibine göre zıddı olmuş ve vücutta kemik erimesi artmıştır.

ERKEKLİĞİ ARTTIRMAK AMACIYLA KULLANILAN İLAÇLAR ERKEKLİĞİ AZALTIYOR • Dışarıdan alınan sentetik erkeklik hormonlarına örnek olarak testosterondan üretilmiş steroitleri verebiliriz. Bu hormon alındığında; LH (lüteinleştirici hormon) ve FSH (folikül stümüle hormon) hormonlarının vücuttaki üretimi azalır. Bu azalma ilacı bıraktıktan sonra bile 12 hafta süreyle devam eder.

• LH ve FSH erkeklikle ilgili hormonlardır. FSH, erkeklerde spermin yapımında etkilidir. LH ise erkeklerde testosteron hormonunun salgılanmasını sağlar.

• Steroitler genelde vücut geliştirme amaçlı olarak sporcular tarafından alınır.

• Alınan steroitler aynı zamanda erkeklerde östrojen hormonunun artmasına neden olur.

• Östrojen hormonunun artması, ömür boyu sürecek kalıcı zarar doğurur.

• Östrojen hormonunun erkeklerde artması sonucu göğüsler kadınlardaki gibi büyür, kıllar dökülür.

• “İşleyen demir ışıldar.” atasözü konumuzla ilgilidir. İşletilmezse, örneğin; hormon dışarıdan verilirse, hormon 68

yapan bez durgunluğa düşer.

• Erkeklik hormonu, erkekliği arttırmak için verildiğinde silah geri tepmiştir. Le Chatelier prensibine göre zıddı olmuş ve erkeklik azalmıştır.

ŞEKER DÜŞÜRÜCÜ İLAÇLAR ŞEKER HASTASI YAPAR • Tip–2 şeker hastalığında kullanılan şeker düşürücü ilaçlar, tedaviye yönelik değildir. Hastalığı ortadan kaldırmaz.

• Şeker düşürücü hap kullanan şeker hastaları 5 yıl içerisinde ensülin almak zorunda kalabilirler. Tip–1 şeker hastalığı ortaya çıkmış olur.

• Pankreasın şeker düşürme görevi vardır.

• Pankreasın şeker düşürme görevi; mecbur olunmadığı hâlde, dışarıdan verilen bazı ilaçlarla yapılmaya kalkılınca pankreas atalete düşmektedir. En iyisi pankreası tembelliğe atmamaktır.

• Yapılan etki şekeri düşürmek olduğu hâlde, Le Chatelier prensibine göre zıddı olmuş ve vücutta şeker artmıştır.

KAN VERMEK KANI ARTTIRIR • Kan veren kişinin vücudunda kan oluşumu hızlanır. Yapılan etki kanı azaltmak olduğu hâlde, Le Chatelier prensibine göre zıddı olmuş ve vücutta kan artmıştır.

• Aynı şekilde kansızlık hastalığına, hiç kan vermeyen kişilerde daha çok rastlanır.

• Kan alan kişilerde ise kanın oluşumu baskılanır.

KAN YAPICI İLAÇLAR KANSIZLIK YAPAR • Kan, kemik iliğinde yapılır.

69

• Kansızlık hastalığında kullanılan kan yapıcı ilaçlar, kemik iliğinde zafiyete neden olur. Bunun sonucunda da kansızlık ilerler.

• Yapılan etki kanı arttırmak amaçlı olduğu hâlde, Le Chatelier prensibine göre zıddı olmuş ve vücutta kan azalmıştır.

ANTİASİT İLAÇLAR MİDE ASİDİNİ ARTTIRIR • Mide ekşimelerinde kullanılan antiasitler, o anda iyi gelir.

Ertesi gün daha fazla mide ekşimesi olur. Bundan dolayı da antiasit kullanımının arttırılması zorunluluğu ortaya çıkar.

• Belli bir süre sonra hiçbir antiasit etki etmez. Bu nedenle de mide kanamalarında kullanılan ilaçlar antiasit amaçlı iki günde bir kullanılır. Böylece ancak mide ekşimesi geçer.

• Yapılan etki mide ekşimesini gidermek olduğu hâlde, Le Chatelier prensibine göre zıddı olmuş ve mide ekşimesi arttırılmıştır.

AĞRI KESİCİLER HAFTADA İKİ KEZDEN FAZLA KULLANILMAMALIDIR • Ağrı kesiciler haftada iki kereden fazla kullanılmamalıdır.

Kullanılırsa ağrı müzminleşir.

• Her bir insanın kendine özel bir ağrı eşiği vardır. Şayet insan, o ağrı eşiğine kadar sabır gösterip ağrıya dayanabilirse vücutta doğal ağrı kesici salgılanır.

• Vücudumuzdaki doğal ağrı kesicinin adı endorfin maddesidir.

• Dışarıdan alınan ağrı kesici ilaçlar insanın ağrı eşiğini düşürür. Her bir alınan ağrı kesici ile insan ağrıya karşı daha tahammülsüz hâle gelir.

• Ağrının kaynağını bulmak ve ağrıya neden olan sebebi ortadan kaldırmak gerekir.

• Yapılan etki ağrıyı gidermek olduğu hâlde, Le Chatelier prensibine göre zıddı olmuş ve ağrı arttırılmıştır.

70

ASTIM İLAÇLARI, TANSİYON İLAÇLARI VE DEPRESYON İLAÇLARI HASTALIĞI KRONİKLEŞTİRİR • • • •

Astım ilaçları astımı kronikleştirir.

Tansiyon ilaçları da tansiyonu kronikleştirir.

Depresyon ilaçları depresyonu arttırır.

Bu hastalıklarda da Le Chatelier prensibine göre istenenin zıddı bir durum ortaya çıkmıştır.

• Astım ilaçları, tansiyon ilaçları ve depresyon ilaçları hastalığı ortadan kaldırmaya yönelik değildir. Tedavi edici özellikleri yoktur. Hastayı o anda rahatlatmak içindir.

MUTLU OLMAK NİYETİYLE ALINAN ECSTASY (EKSTAZİ) HAPI İNSANI MUTSUZ EDER • Ecstasy (ekstazi), yasa dışı sentetik bir maddedir.

• Ecstasy (ekstazi), vücutta serotonin maddesinin salgılanmasını sağlar. Serotonin, mutluluk meydana getiren bir maddedir. Serotonin, mutluluk anında beynin arka kısmında bulunan beyin sapındaki sinir uçlarından salgılanır.

• Ecstasy (ekstazi) hapının yutulması suretiyle salgılanan serotonin sahte bir neşe sağlar. Hapı yutan kişi saatler boyunca hiper aktif ve uyanık olur. Hap, dikkati olağanüstü derece arttırır. İnsan kendisini güçlü ve enerjik hisseder.

Bütün bu etkiler ecstasy (ekstazi) hapının, serotonin maddesinin bütün depolarını boşaltması suretiyle olmuştur.

Vücudun dengesiyle oynanmıştır. Vücut, oyuncak değildir.

• Ertesi gün bir adet daha ecstasy (ekstazi) hapı almadan, kişi kafasını kaldırılamaz. Hapın etkisi geçtikten sonra ise aşırı yorgunluk ve tahmin edilemeyecek derecede bitkinlik görülür.

• Hap almadığı anda kişi aşırı karamsar olur (ruhsal etki). Bu 71

• • • • •

• •

nedenle kendisini hap almaya mecbur hisseder.

Kişi hap aldığı zamandaki gibi hep enerjik kalmak için hapı tekrar tekrar istemeye başlar (fiziksel etki).

Zanneder ki hapı alınca mutlu olacağım. Ne yazık ki vücutta serotonin kalmamıştır. Organizmanın dengesi bozulmuştur.

Hapı almasına rağmen mutlu olamaz. Yapılacak bir şey kalmamıştır. Kişi kendisine, geriye dönüşü olmayan büyük bir zarar vermiştir.

Ecstasy hapı, kısa sürede ciddi bağımlılık yapar.

Uzun süre kullanan bağımlı kişilerde zaman içinde ölümler görülür. Bazı kişilerde ilk kullanımda ani ölüm riski dahi söz konusudur. Şayet kullanan kişide intikam ve nefret hissi varsa bu his açığa çıkar. Ecstasy (ekstazi) hapı, aşırı güven ve kontrolsüz cesaret de oluşturur. Kişi ölümü göze alarak gösterilen hedefe yönlendirilebilir. Ecstasy (ekstazi) hapının bu etkisini bilen çete, mafya, örgüt gibi menfaat şebekeleri ve şer odakları bu etkiyi terör maksadıyla kullanırlar. Kullandıkları adamı 8–10 saat sürecek bir eyleme ve bir takım kötü amaçlara yönlendirirler. Hatta onları intihar komandosu bile yapabilirler.

Mutluluk hapı, mutluluğu bitirmiştir. İstenilenin zıddı bir durum Le Chatelier prensibi gereğince ortaya çıkmıştır.

Ecstasy (ekstazi) hapının toleransı yok denilebilecek kadar azdır. Tolerans; hoşgörü, müsamaha demektir. Ecstasy (ekstazi) hapının toleransının zayıf olması, kullanmaya başlayanların geriye dönüşü çok zor olan bir yola girdikleri anlamını taşır.

DOĞAL FİZİKSEL DENGE REAKSİYONLARI

72

YERYÜZÜNDEKİ FİZİKSEL DENGE • Yeryüzünde ne kadar H2O(s) (su) varsa atmosferde de o kadar H2O(g) (su buharı) vardır.

• Yeryüzüne inen yağmur, her sene aynı miktardadır.

• Yeryüzünden her sene ne kadar su buharlaşırsa; yine o ağırlıkta su yağmur, kar ve dolu olarak dünyaya yağar.

SORU: H2O(s) → H2O(g) Dünyamızdaki suyun buharlaşması tepkimesi yukarıda verildiği gibi tek yönlü olsaydı ne olurdu?

CEVAP: Dünyada su kalmazdı.

SORU: H2O(g) → H2O(s) Yukarıdaki tepkimede görülen dünyamızdaki değişim; tek yönlü olsaydı ne olurdu?

CEVAP: Yeryüzünü su kaplardı.

SORU: Bu olayın ölçülü, dengeli ve dinamik olması ne anlama gelir?

CEVAP: Ölçülü, yeryüzünde bulunan su kadar atmosferde su buharı bulunduğu anlamına gelir. Dengeli, reaksiyonun denge reaksiyonu (çift yönlü reaksiyon) olduğu anlamına gelir. Dinamik ise, bu olayın her an, yer–gök arasında devam ettiği anlamına gelir.

• Dünyada suyun varlığı; güneşle aramızdaki uzaklığın hassaslığı ile de alakalıdır.

• Dünya ile güneş arasındaki uzaklık şimdikinden farklı olsaydı su, ya buharlaşacaktı ya da donacaktı.

YAĞMURUN YAĞMASI VE ATMOSFERDE FİZİKSEL DENGENİN KORUNMASI 73

• Sıcaklık, suyu buharlaştırmakla suyun bünyesini tahrip ettiği zaman, o tahrip sonucu oluşan su buharı yok olmaz. Belirli bir yere sevk edilir ve belli bir düzeye çıkar; icap ettiğinde yağmak için orada durur.

• Atmosferdeki su buharı molekülleri, atmosferdeki hava moleküllerinin onda birini teşkil edince su buharı yoğunlaşır.

• Atmosferde bulunan belli bir düzeydeki su buharının yoğunlaşması suretiyle yağmur yağar.

• Atmosferde fiziksel dengenin korunması için, yağan katrelerden boş kalan yerler, denizlerden ve yerlerden kalkan buharlarla doldurulur.

• Yağmur yağması hakkında en kısa yol şöyle tarif edilir: Su buharı molekülleri, emir aldıkları zaman, o moleküller her taraftan toplanmaya başlarlar ve bulut şeklini alıp, hazır vaziyette dururlar. Yine ikinci bir emirden sonra bir kısım moleküller yoğunlaşarak, katrelere dönüşürler. Sonra kanunların temsilcileri vasıtasıyla, çarpışmadan kolayca yere düşerler.

• Atmosfer, denizin rengini andırır. Havada, denizlerdeki sudan daha fazla su vardır. Bu nedenle, “atmosferde denizin bulunduğu teşbihi” mecaz olarak akıldan uzak değildir. Sanki şu atmosfer boşluğu yağmur ile dolu bir havuzdur.

• Bulutların bir kısmı negatif elektriği üzerlerinde taşımaktadır, bir kısmı da pozitif elektriği üzerlerinde taşımaktadır. Bu kısımlar birbirlerine yaklaşıp aralarında çarpışma olduğunda, şimşek çakar.

• Bulutların bir kısmının hücum ettiği, bir kısmının ise kaçtığı zaman aralarında havasız kalan yerleri doldurmak için atmosfer tabakası hareket ve heyecana geldiğinde gök gürlemesi (gök gürültüsü) meydana gelir.

Bu hâllerin olması bir nizam ve kanun altında olur ki, o nizam ve o kanunu temsil eden gök 74

gürlemesi ve şimşek aracılarıdır.

KÜRESEL ISINMAYA BAĞLI KURAKLIKTAN SÖZ ETMEK HATTA BUNA DAİR SOMUT VERİ BULMAYA ÇALIŞMAK BİLİMSEL SKANDALDIR • Türkiye son senelerde kuraklık yaşıyor.

• Kuraklık; dünyada yağışlar azaldığından değildir; çünkü yeryüzüne inen yağış, her sene aynı miktardadır. Yağışlar yer değiştirmiştir.

• Dünyanın bazı bölgelerinin çok yağış aldığını duyarken, bazı bölgelerinin daha az yağış aldığını görüyoruz. Örneğin; özellikle Türkiye’de yağışlar azaldı, Amerika’da ise arttı.

• Sorun da buradan çıkıyor. Bu sorunu doğuran, insandır. İnsanın canlı–cansız ekosisteme karşı olumsuz müdahalesi, yağış dağılımını bozmaktadır.

• Kuraklığın insafımıza ve insanlığımıza olan uyarıcı görevini bir an önce anlayıp, gerekli çalışmaları yaparak bu problemin üstesinden gelmeliyiz.

DOĞAL KİMYASAL DENGE REAKSİYONLARI ŞİMŞEK ÇAKTIĞINDA NADİREN OLUŞAN HNO3 İHMAL EDİLEBİLİRDİR • Şimşek çaktığında nadiren gerekli olan yüksek aktivasyon enerjisi sağlandığında bile reaksiyonun sağa doğru cereyan yüzdesi çok düşük olduğundan az miktarda azot oksitleri 75

oluşur ve toprağa geçer.

N2 + 2,5O2 + yüksek sıcaklık ⇌ N2O5 • Azot oksitlerin suyla birleşmesine ait reaksiyon da çift yönlü olup ileri reaksiyonun hızı çok yavaştır.

N2O5 + H2O ⇌ 2HNO3 Her şimşek çakışında HNO3 (kezzap) oluşması için şartlar hazır olduğu hâlde hayat devam etmektedir.

• Bütün yanma reaksiyonları ekzotermik olduğu hâlde azotun yanması endotermiktir.

EKZOTERMİK OLDUĞU HÂLDE GERÇEKLEŞMEYEN REAKSİYON (SULARIN ACILAŞMAMASI) • Havada N2 ve H2 bulunduğu ve tepkime ekzotermik olduğu hâlde NH3 oluşmaz.

• Oluşsaydı sular acılaşacaktı; çünkü NH3, suları acılaştıran bir maddedir.

N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 + 22 kcal NH3 + H2O ⇌ NH4OH

OKSİJENİN OZONA DÖNÜŞMESİ KİMYASAL DENGE REAKSİYONUDUR

• Oksijenin ozona dönüşmesi (3O2 ⇌ 2O3) kimyasal denge reaksiyonudur.

• Ozon tabakası, stratosfer tabakasındadır.

• Yüksek enerjili, zararlı ve tehlikeli ışınların aşağı geçerek yeryüzüne inmesine stratosfer tabakasındaki ozon vesilesi ile izin verilmez.

• Ozon, üç atomlu bir oksijen molekülüdür. Bu moleküller güneş ışınlarının zararlarını filtre eder.

• Zararlı ultraviyole ışınları, oksijenin ozona dönüştürülmesinde 76

• • • •

•

kullanılır.

Güneşten gelen zararlı ışınlar ozon tabakasında yakalanır.

Böylece gökyüzü, korunmuş bir tavan kılınmıştır.

Kimyasal denge reaksiyonundaki sağa doğru cereyan yüzdesi belirlenmiştir.

Yine dengenin sola doğru kayması sonucunda, ozon molekülleri azalmış olsaydı; ultraviyole ışınları rahatça yere inecekti. Bu ise kanserlilerin sayısında anormal derecede artışın olmasını netice verecekti; çünkü ultraviyole ışınları, kısa dalga boylu ve enerjisi çok yüksek ışınlar olduğundan dolayı, canlı bünyesindeki DNA moleküllerindeki bağları koparıp bozar ve kansere yol açar. Kimyasal denge insan eli karışmadıkça bozulmaz.

Dengenin sola doğru kayması sonucunda, ozon molekülleri azalmış olsaydı; ozon tabakası ile filtre edilen bu zararlı ışınlar, filtre edilmeyecekti. yere inseydi yeryüzü daha fazla ısınacaktı. Yüzyıllardır değişmeyen ortalama sıcaklık değerinde de bozulma görülecekti. Ortalama sıcaklığın 10 °C artması bile insanların ve hayvanların kanını, bitkilerin öz suyunu kaynatmaya yeterli olacaktı.

YAPAY KİMYASAL DENGE REAKSİYONLARI SANAYİDE YAPAY KİMYASAL DENGE REAKSİYONLARI • TUZ RUHU ELDE EDİLMESİ H2(g) + Cl2(g) ⇌ 2HCl(g) ⇌ 2HCl(suda)

• KEZZAP ELDE EDİLMESİ: Yüksek sıcaklık ve yüksek basınçta elde edilir.

N2(g) + 2,5O2(g) + yüksek sıcaklık ⇌ N2O5(g) N2O5(g) + H2O(s) ⇌ 2HNO3(suda) 77

• DERİŞİK AMONYAK ELDE EDİLMESİ: Yüksek sıcaklık ve yüksek basınçta elde edilir.

N2(g) + 3H2 (g) ⇌ 2NH3(g) + 22 kcal NH3(g) + H2O(s) ⇌ NH4OH(suda)

• DERİŞİK SÜLFÜRİK ASİT ELDE EDİLMESİ: Yüksek sıcaklık ve yüksek basınçta katalizör kullanarak elde edilir.

2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) + ısı SO3(g) + H2O(s) ⇌ H2SO4(suda)

5. KİMYASAL TEPKİMELERDE ÜRÜN VERİMİ

• Ekzotermik reaksiyonlarda sıcaklığın azaltılmasıyla denge, sıcaklığın artacağı yön olan ürünler lehine kayar.

• Endotermik reaksiyonlarda sıcaklığın arttırılmasıyla denge, sıcaklığın azalacağı yön olan ürünler lehine kayar.

78

3. ÜNİTE: ÇÖZELTİLERDE DENGE ÜNİTENİN BÖLÜM BAŞLIKLARI • • • • • •

1. Suyun Otoiyonizasyonu 2. Asitlerin ve Bazların Ayrışma Dengeleri 3. Nötralleşme Reaksiyonları 4. Çözeltilerde Çözünme ve Çökelme Olayları 5. Kompleks Oluşma – Ayrışma Dengeleri 6. Titrasyon

1. SUYUN 79

OTOİYONİZASYONU SUYUN İYONLAŞMA DENKLEMİ VE ON MİLYONDA BİR ORANINDA İYONLAŞMASININ FAYDALARI H2O(s) ⇌ H+1(suda) + OH–1(suda)

• 10 000 000 H2O molekülünden 1 tanesi iyonlarına ayrışır.

• Hiç ayrışmasaydı veya daha fazla oranda ayrışsaydı ne olurdu?

• Saf su, çok hassas aletlerle anlaşılabilecek derecede iletkendir.

• Elektrik kaçağının olduğu, içi su ile dolu bir çamaşır makinesinde elimizi suyun içine sokarsak, bize zarar vermez, ancak elektrik kaçağını anlayabiliriz. H2O molekülü iyonlarına hiç ayrışmasaydı, elektrik kaçağını hissedemediğimizden tedbir alamayacaktık; su, sigorta görevini yapamadığından bir anda daha büyük zararlar, derecesine göre ortaya çıkacaktı, yaşam son bulacaktı.

• Elektrikli aletin içine su kaçarsa kontak yapar. Bu bir sigortadır ve uyarıdır; tedbirli olmamız, elektrikli aletin tamirini yapmamız için bir ikazdır; çünkü tedbirsiz ve ihtiyatsız olarak aletin tamiriyle uğraşılırsa, elektrik çarparak öldürür. H2O molekülü iyonlarına hiç ayrışmasaydı, tedbirli olmamız için ikaz meselesi ortadan kalkacaktı.

SUYUN İYONLAŞMASI (SAF SUDA [H+1] VE [OH–] HESABI) 80

• • • • • • •

H2O(s) + H2O(s) ⇌ H3O+(suda) + OH–(suda) Ksu = [H3O+(suda)] [OH–(suda)] Ksu = 1,008 x 10–14 (25 °C’ta) Denge bağıntısı yazılır.

[H+1] = [OH–] olduğuna göre; [H+1] = 10–7 M olur.

[OH–] = 10–7 M olur.

SAF SUDA pH VE pOH HESABI • p, power kelimesinin kısaltılmışı olup herhangi bir sayının eksi logaritmasıdır.

• pH = –log [H+1] formülünden; • [H+1] = 10–7 M olduğuna göre; • pH = 7 olur.

• pOH = –log [OH–] formülünden; • [OH–] = 10–7 M olduğuna göre de; • pOH = 7 olur.

Ksu • • • • • • • •

Ksu, suyun denge sabitidir.

2H2O(s) ⇌ H3O+(suda) + OH–(suda) Bu denklemin denge bağıntısını yazalım: Ksu = [H3O+] [OH–] Ksu = 10–14 olduğuna göre şu iki formülü yazabiliriz: [H3O+] [OH–] = 10–14 [H3O+] = 10–14 / [OH–] [OH–] = 10–14 / [H3O+]

pH VE pOH • Ksu = 10–14 • pKsu = –log [10–14] • pKsu = 14 81

• • • • •

Ksu = [H+] [OH–] –log Ksu = –log [H+] [OH–] –log Ksu = (–log [H+]) + (–log [OH–]) pKsu = pH + pOH pH + pOH = 14

KUVVETLİ ASİT VE KUVVETLİ BAZLARIN İYONLAŞMASI • Kuvvetli asitler ve kuvvetli bazlar suda tam olarak iyonlarına ayrışır. Bu nedenle suda çözünme denklemleri tek yönlü okla ifade edilir. Örneğin; • HCl(g) → H+(suda) + Cl–(suda) • NaOH(k) → Na+(suda) + OH–(suda)

KUVVETLİ ASİTLER • HCl • HNO3 • H2SO4

KUVVETLİ BAZLAR • • • • • •

LiOH NaOH KOH RbOH CsOH FrOH

ÇÖZÜMLÜ pH PROBLEMLERİ • ÖRNEK: [H+1] = 10–1 M olan çözeltinin pOH’ını bulunuz.

• ÇÖZÜM 82

[H+] [OH–] = 10–14 [H +] = 10–1 M [10–1] [OH–] = 10–14 [OH–] = 10–14 / [10–1] [OH–] = 10–13 M pOH = –log [OH–] [OH–] = 10–13 M olduğuna göre; pOH = 13 olur.

• ÖRNEK: pOH’ı 5 olan çözeltide H+1 molar derişimi kaçtır?

• ÇÖZÜM pOH = 5 pH = 9 [H+1] = 10–9 M • ÖRNEK: 0,1 M NaOH çözeltisinde pH kaçtır?

• ÇÖZÜM [NaOH] = [OH–] = 0,1 M = 1x 10–1 M pOH = 1 pH = 13 • ÖRNEK: 0,05 M H2SO4 çözeltisinin pH’ını bulunuz.

• ÇÖZÜM H2SO4(suda) → 2H+1(suda) + SO4–2(suda) [H2SO4] = 0,05 M [H+1] = 0,1 M = 1x 10–1 M pH = 1 • ÖRNEK: Deniz suyundan alınan bir numunede OH– iyon derişimi 10–8 M olduğuna göre; deniz suyunun pOH’ını ve pH’ını bulunuz.

• ÇÖZÜM: pOH = –log [OH–] [OH–] = 10–8 M pOH = 8 83

pH = 14 – pOH pH = 14 – 8 pH = 6

KUVVETLİ ASİT VEYA KUVVETLİ BAZIN MOLAR DERİŞİMİ < 10–7 M İSE SORU FARKLI ÇÖZÜLÜR • ÖRNEK: 10–9 M HCl çözeltinin pH’ını bulunuz.

• YANLIŞ ÇÖZÜM: Doğrudan doğruya formülden çözülürse yanlış sonuç çıkar. pH = –log [H+1] formülünden; [H+1] = 10–9 M olduğuna göre; pH = 9 olur.” denilemez.

• DOĞRU ÇÖZÜM: Soruda [H+1] < 10–7 M ise çözüm ortak iyon etkisi düşünülerek çözülebilir; bu çözüm uzun bir yoldur.

Sudan gelen [H+1] = 10–7 M’dır. Seyreltik asit çözeltisinden gelen [H+1] = 10–9 M’dır; bu çok küçük bir sayı olduğundan ihmal edilir, hesaplamaya katılmaz. Netice olarak asit çözeltisi, saf su gibi algılanıp çözüm yapılır. Saf suda; [H+1] = 10–7 M olduğuna göre; pH = 7 bulunur.

MATEMATİK İLE KİMYA FORMÜLÜNÜN UZLAŞMASI VEYA BİR KİMYA PARADOKSU • 10–8 M HCl çözeltisinin pH’ı 8 değildir.

• 10–9 M HCl çözeltisinin pH’ı da 9 değildir.

• Asit çözeltisinde sudan gelen H+ derişimi zaten 10–7 M’dır. Bir de ne kadar seyreltik olursa olsun asitten gelen H+ vardır.

• İhmal edilmeden yapılan ince hesap sonucunda pH, 7’den küçük ama 7’ye çok yakın bir rakam çıkar.

• Görüldüğü gibi hem matematiksel hem de kimyasal çözüm belli noktalarda yetersiz kalıyor; başka şeylerin de düşünülmesi gerekiyor.

84

• ÖRNEK: 10–9 M HCl çözeltinin pOH’ını bulunuz.

• ÇÖZÜM: [H+1] = 10–9 Bu soru bir önceki soru gibi çözülemez.

Saf su gibi kabul edilerek çözüme gidilmelidir. pOH = 7 olur.

• ÖRNEK: 10–11 M HCl çözeltisinin pH’ını bulunuz.

• ÇÖZÜM: [H+1] = 10–11 pOH = 7 • ÖRNEK: 10–10 M NaOH çözeltinin pOH’ını bulunuz.

• ÇÖZÜM [OH–] = 10–10 M pOH = 7

2. ASİTLERİN VE BAZLARIN AYRIŞMA DENGELERİ SULU ÇÖZELTİLERDE ASİT BAZ TANIMLARI • ARHENİUS ASİT BAZ TANIMI: Suda çözündüklerinde H+ katyonu veren maddeler asit, OH– anyonu veren maddeler baz olarak tanımlanır.

• LOWRY BRONSTED ASİT BAZ TANIMI: H+ iyonu (proton) verebilen maddelere asit, H+ iyonu alabilen maddelere de baz denir.

• LEWİS ASİT BAZ TANIMI: Bir elektron çifti alabilen maddeler asit, bir elektron çifti verebilen maddeler baz olarak tanımlanır.

ZAYIF ASİTLER VE ZAYIF BAZLAR 85

Ksu, Ka, Kb • Ka, asitlik denge sabitidir.

• Kb, bazlık denge sabitidir.

• Ksu, suyun denge sabitidir.

ZAYIF ASİTLERİN VE ZAYIF BAZLARIN İYONLAŞMASI • • • • • • • • • • • • • • • •

Konjuge asit baz çiftlerinin K’larının çarpımı Ksu’yu verir.

HA(s) + H2O(s) ⇌ H3O+(suda) + A–(suda) A–(suda) + H2O(s) ⇌ HA(s) + OH–(suda) Bu iki denklem taraf tarafa toplanırsa aşağıdaki denklemi verir: 2H2O(s) ⇌ H3O+(suda) + OH–(suda) Bu denklemin denge bağıntısını yazalım: Ksu = [H3O+] [OH–] Ksu = 10–14 olduğuna göre şu iki formülü yazabiliriz: [H3O+] [OH–] = 10–14 [H3O+] = 10–14 / [OH–] [OH–] = 10–14 / [H3O+] Konjuge asit baz çiftlerinin K’larının çarpımı Ksu’yu verir.

Ksu = Ka Kb Ksu = 10–14 olduğuna göre şu iki formülü yazabiliriz: Ka = 10–14 / Kb Kb = 10–14 / Ka

pKsu, pKa, pKb • • • • • •

pKa, asitlik sabitinin eksi logaritmasıdır. pKa = –log Ka pKb, bazlık sabitinin eksi logaritmasıdır. pKb = –log Kb pKsu, suyun denge sabitinin eksi logaritmasıdır. pKsu = –log Ksu 86

• • • •

Ksu = 10–14 pKsu = –log [10–14] pKsu = 14 olur. pKsu = pKa + pKb

KUVVETLİ ASİT VE KUVVETLİ BAZLARIN İYONLAŞMASI • Kuvvetli asitler ve kuvvetli bazlar suda tam olarak iyonlarına ayrışır. Bu nedenle suda çözünme denklemleri tek yönlü okla ifade edilir. Örneğin; HCl(g) → H+(suda) + Cl–(suda) NaOH(k) → Na+(suda) + OH–(suda)

ZAYIF ASİT VE ZAYIF BAZLARIN İYONLAŞMASI • Zayıf asit ve bazlara şu örnekler verilebilir: HF, CH3COOH, H2S, H2CO3, H3PO4, NH3, AgOH, Fe(OH)3, Mg(OH)2, Cu(OH)2 • Zayıf asit ve zayıf bazların suda az bir kısmı iyonlarına ayrılırken büyük bir kısmı molekül hâlinde kalır.

• İyonlaşma denklemleri çift yönlüdür.

• Örneğin, HCN’nin suda iyonlaşma denklemi; HCN(suda) ⇌ H+(suda) + CN–(suda) şeklindedir.

ZAYIF ASİT VE ZAYIF BAZLARDA DENGE BAĞINTISI

• Ka asitlik sabitidir.

• Ka (asitlik sabiti) değeri ne kadar büyükse asit o kadar kuvvetli, ne kadar küçükse asit o kadar zayıftır.

• Ürünlerin molar derişimlerinin, girenlerin molar derişimlerine oranı Ka asitlik sabitine eşitse sistem dengededir. Kat sayılar üs olarak yazılır. Katı ve sıvılar alınmaz.

87

EŞLENİK ASİT-BAZ ÇİFTLERİNDE Ka ve Kb İLİŞKİSİ • Konjuge asit baz çiftlerinin K’larının çarpımı Ksu’yu verir.

• Ka Kb = Ksu • Soru: HCOOH’ın Ka değeri 1,8x10–4’tür. HCOOH’ın konjuge bazının Kb değerini bulunuz.

• Cevap:10–14/1,8x10–4=5,56x10–11

HİDROLİZ • Kuvvetli asitlerle zayıf bazların reaksiyonlarından oluşan asidik tuzların katyonu ve kuvvetli bazlarla zayıf asitlerin reaksiyonundan oluşan bazik tuzların anyonu suda hidroliz olur.

• Nötr tuzlar, suda hidroliz olmazlar.

• Bazik tuzlara KCN, NaF, CH3COONa örnek verilebilir.

• Asidik tuzlara NH4Cl, FeCl3, AlCI3 örnek verilebilir.

• Nötr tuzlara KCl, NaNO3, Na2SO4 örnek verilebilir. Nötr tuz çözeltilerinin pH’ı 7’dir.

ASİDİK TUZ ÇÖZELTİLERİNDE pH BULUNMASI • Asidik tuz çözeltilerinin pH bulunurken Kb verilmiştir.

• 1,85 M’lık NH4Cl tuzu çözeltisinin (asidik tuz) pH’ı kaçtır?

(NH3 için Kb=1,85x10-5) • Kh=Ksu/Kb • Kh=10-14/1,85x10-5 • Kh=5,4x10-10 • NH4Cl → NH4+ + Cl88

• • • • • • • • • •

NH4+ + H2O ⇄ NH4OH + H+ Başlangıç: 0,185 M 0 0 Değişim: -X +X +X Dengede: (0,185-X) X X 2 Kh= X /0,185-X (X ihmal edilir.)

5,4x10-10= X2/0,185 X2=10-10 X=[H+]= 10-5 M pH= 5

BAZİK TUZ ÇÖZELTİLERİNDE pOH BULUNMASI • Bazik tuz çözeltilerinin pOH bulunurken Ka verilmiştir.

• 10-2 molar KCN tuzu çözeltisinde [OH-] ve pOH kaçtır? (HCN için Ka=10-10) (KCN, hidroliz olan asidik bir tuzdur.)

• Kh=Ksu/Ka • Kh=10-14/10-10 • Kh=10-4 • CH3COONa → Na+ + CH3COO• KCN → K+ + CN• CN- + H2O ⇄ HCN + OH• Başlangıç: 10-2 M 0 0 • Değişim: -X +X +X -2 • Dengede: 10 -X X X -2 2 • Kh= X /10 -X • (X ihmal edilir.)

• 10-4= X2/10-2 • X2=10-6 • X=[OH-]= 10-3 M • pOH= 3

89

ZAYIF ASİT VE BAZLARDA ORTAK İYON ETKİSİ (TAMPON ÇÖZELTİLER) • İki çeşit tampon çözelti vardır.

• Birincisi (Asidik tampon): Zayıf bir asit ile bu asidin kuvvetli bir bazla olan –asidin anyonunu içeren– tuzu aynı kapta çözünürse oluşan çözelti asidik tampondur.

• İkincisi (Bazik tampon): Zayıf bir baz ve bu bazın kuvvetli bir asitle olan –bazın katyonunu içeren– tuzu aynı kapta çözünürse oluşan çözelti bazik özelliktedir. Bu nedenle de bazik tampon çözelti denir.

BAZİK TAMPONLARDA pOH BULUNMASI • 0,54 mol NH3 ve 1 mol NH4Cl’nin çözünmesiyle 1 L tampon çözelti elde ediliyor. [H+] ve pH nedir? (NH3 için Kb=1,85x105 ) • [OH-]=Kb[Baz]/[Tuz] • [OH-]=1,85x10-5x0,54/1 M • [OH-]=10-5 M • pOH=5

ASİDİK TAMPONLARDA pH BULUNMASI • 0,1 mol HCN ve 1 mol NaCN’nin çözünmesiyle 1 L tampon çözelti elde ediliyor. [H+] ve pH nedir? (Ka=10-10) • [H+] =Ka[Asit]/[Tuz] • [H+] = 10-10x0,1/1 M • [H+] = 10-10x10-1 M • [H+] = 10-11 M • pH =11

90

3. NÖTRALLEŞME REAKSİYONLARI NÖTRALLEŞME • Asit ve baz çözeltilerinin karıştırılması ile nötrleşme ya tam ya da kısmen olur.

• Karışım sonucunda arta kalan madde yoksa % 100 nötralleşme olmuştur.

• Karışım sonucunda arta kalan madde varsa kısmen nötralleşme olmuştur.

ASİT VE BAZ ÇÖZELTİLERİNİN KARIŞTIRILMASI SONUCUNDA TAM NÖTRLEŞME VE pH • Kuvvetli asit ile kuvvetli bazın karıştırılması sonucunda % 100 nötralleşme olduysa pH=7’dir.

• Kuvvetli asit ile zayıf bazın karıştırılması sonucunda % 100 nötralleşme olduysa pH, 7’nin altındadır.

• Kuvvetli baz ile zayıf asit % 100 nötralleştiyse pH, 7’nin üstündedir.

• Zayıf baz ile zayıf asit % 100 nötralleştiyse pH, 7’nin üstünde de olabilir, altında da olabilir.

ASİT VE BAZ ÇÖZELTİLERİNİN KARIŞTIRILMASI İLE HİDROLİZ İLİŞKİSİ • Asit veya bazdan birisi zayıf, birisi kuvvetliyse ve aynı zamanda % 100 nötralleşme gerçekleştiyse (arta kalan 91

madde yoksa) ortamda yalnız hidroliz olan bir tuz var demektir. Önce bu tuzun molaritesi bulunur, sonra hidroliz denklemi yazılır, [H+1] hidroliz denge bağıntısından hesaplanır.

KARIŞTIRILAN ASİT VE BAZ ÇÖZELTİLERİNDEN BİRİSİ ZAYIFSA VE % 100 NÖTRALLEŞME OLMAMIŞSA BU KARIŞIMLARIN BİR KISMINDA TAMPON ÇÖZELTİ OLUŞUR • Kuvvetli asit ile zayıf bazın karışması sonucu arta kalan zayıf baz veya zayıf asit ile kuvvetli bazın karışması sonucu arta kalan zayıf asit ise oluşan tampondur.

• Önce karışımdaki molar derişimler, sonra tampon çözelti formülünden [H+1] bulunur, son olarak da pH hesaplanır.

KARIŞTIRILAN ASİT VE BAZ ÇÖZELTİLERİNDEN BİRİSİ ZAYIFSA VE % 100 NÖTRALLEŞME OLMAMIŞSA BU KARIŞIMLARIN BİR KISMINDA TAMPON ÇÖZELTİ OLUŞMAZ • Kuvvetli asitle zayıf baz karışınca kuvvetli asit arta kalırsa veya zayıf asitle kuvvetli bazın karışınca kuvvetli baz arta kalırsa, tampon çözelti oluşmaz.

• Böyle karışımlar kuvvetli asit veya kuvvetli baz çözeltisi gibi düşünülür.

• Karışımda kuvvetli asit arta kaldıysa önce toplam hacimdeki kuvvetli asit molar derişimi, dolayısıyla H+1 molar derişimi, 92

son olarak da pH bulunur.

• Karışımda kuvvetli baz arta kaldıysa önce toplam hacimdeki kuvvetli baz molar derişimi, dolayısıyla OH– molar derişimi, son olarak da pH bulunur.

• Ortamdaki asidik tuzun hidrolizinden gelen H+1 molü veya ortamdaki bazik tuzun hidrolizinden gelen OH– molü hesabına gerek yoktur; ihmal edilir.

HAYATIMIZDAKİ DOĞAL ZAYIF İNORGANİK ASİT • H2CO3 (Karbonik asit ): Doğal maden sodalarında en çok oranda bulunan maddedir.

HAYATIMIZDAKİ YAPAY ZAYIF İNORGANİK ASİTLER • H3PO4 (Fosforik asit): Kolalarda bulunur.

• H2CO3 (Karbonik asit): Meşrubatlarda bulunur.

• H3BO3 (Borik asit ): Alerjik göz kaşıntılarında borik asit çözeltisi kullanılır. Borik asit, beyaz toz hâlinde katı bir bileşiktir. Borik asit yapay bir bileşiktir. Kütahya Emet’te bulunan Eti Maden İşletmeleri Genel Müdürlüğüne ait devletin borik asit fabrikasında, yine Emet’te çıkarılan bor cevherinden borik asit elde edilmektedir. Bor, en çok borik asit olarak ihraç edilmektedir. Borik asit, pek çok sektörde yaygın olarak kullanılmaktadır.

HAYATIMIZDAKİ ZAYIF BAZLAR • Ca(OH)2(k): Sönmüş kireçtir. Yalnız kireç denince de sönmüş kireç anlaşılır.

• Ca(OH)2(suda): Kireç suyu, kalsiyum hidroksitin doymamış veya 93

doymuş çözeltisidir. CO2 gazının ayıracıdır.

• Ca(OH)2(süspansiyon): Badana yapımında kullanılan kireç bulamacıdır.

• Mg(OH)2(k) ve Al(OH)3(k): Antiasit mide pastilleridir.

• NH3 (Amonyak): Gübre yapımında kullanılır. Amonyak, çoğu temizlik malzemesinin bileşimine girer. % 25’lik olan derişik amonyak 5–10 misli seyreltildikten sonra doğrudan temizlik maddesi olarak koltuk, döşeme, halı temizliğinde ve kumaş lekelerinin çıkarılmasında kullanılır. Gümüş eşyalar da amonyakla temizlenir. Amonyak, yüksek sıcaklık ve basınçta üretilir.

N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 + 22 kcal

MİDE EKŞİMESİNDE KULLANILAN MİDE PASTİLLERİNİN GÖREVİNİN REAKSİYON DENKLEMİYLE GÖSTERİLMESİ

Mg(OH)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O

MİDE EKŞİMESİNDE KULLANILAN KARBONATIN GÖREVİNİN REAKSİYON DENKLEMİYLE GÖSTERİLMESİ NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2

ASİT YAĞMURU SO2 + ½O2 → SO3 SO3 + H2O ⇌ H2SO4

94

Filtresi olmayan fabrika bacalarından çıkan SO2 gazı; havadaki O2 ile birleşir, SO3 gazı oluşur. SO3 gazı; yağmur yağdığında H2O ile birleşir. Asit yağmuru adıyla bilinen H2SO4 meydana gelir.

HNO3 ENDÜSTRİDE YÜKSEK BASINÇ VE SICAKLIKTA ELDE EDİLİR • Bütün yanma reaksiyonları ekzotermik olduğu hâlde azotun yanması endotermiktir. Endotermik reaksiyonlar, kendiliğinden gerçekleşmez.

N2 + 2,5O2 + yüksek sıcaklık ve basınç ⇌ N2O5 • Azot oksitlerin suyla birleşmesine ait reaksiyon da çift yönlü olup ileri reaksiyonun hızı çok yavaştır.

N2O5 + H2O ⇌ 2HNO3

EKZOTERMİK OLDUĞU HÂLDE GERÇEKLEŞMEYEN REAKSİYON (SULARIN ACILAŞMAMASI) • Havada N2 ve H2 bulunduğu ve tepkime ekzotermik olduğu hâlde NH3 oluşmaz.

• Oluşsaydı sular acılaşacaktı.

• NH3, suları acılaştıran bir maddedir.

N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 + 22 kcal NH3 + H2O ⇌ NH4OH

VÜCUT SIVILARINDA pH’IN ÖNEMİ

• Vücut sıvılarının belli pH değerlerinde olması gerekir. Aksi hâlde çeşitli hastalıklar meydana gelir.

95

• Kanın pH’ı 7’ye düşerse veya 7,8’e çıkarsa insan ölür.

• İdrarın pH’ı, alınan besin maddelerine göre değişir.

• Tükürüğün pH’ı ağız mukozasının fonksiyonlarını en iyi yapabileceği seviyededir.

• Mide öz suyu pH’ının 2’nin altına düşmesi ülser rahatsızlığındandır; pH’ın artması ise hazımsızlık demektir.

• Sıhhatli durumlarda pH belli aralıklarda tutulmaktadır.

• Hücre içinde her an asidik ya da bazik özellikte maddeler meydana gelmesine rağmen meydana gelen asitler, bazlarla; bazlar ise asitlerle birleşerek tuzları oluşturur. Böylece hücre içi pH değeri sabit tutulur.

• Hücre zarının seçici geçirgenlik özelliği vardır.

• Hücrede, hayatın devamı için önemli tedbirler mevcuttur.

• pH’ın sabit tutulması için; zardan belli maddelerin hücre içine girmesi, bazen de pH’ı bozan maddelerin hücre dışına atılması gerekmektedir.

• Bazı hücrelerde her an 2000 kimyasal reaksiyonun olduğu göz önüne alınırsa pH’ın sabit tutuluşundaki hassasiyet daha iyi anlaşılmış olur.

• pH’ın değişmemesi için hücrenin ihtiyacı olan maddeler hücreye zamanında ve ihtiyaç miktarında girmekte, zararlı maddeler de hücreden atılmaktadır; böylece pH korunmaktadır.

• Vücudun ihtiyacı olan moleküller, gerektiğinde hücre içinde de sentezlenebilir. Bu sentez esnasında pH’ın da korunduğu görülmektedir.

• Her bir molekül için hücre zarında özel bir şifre vardır.

Böylece hücreye girmek üzere gelen her çeşit molekülün faydalısı zararlısından ayrılmaktadır. Gereksinim duyuldukça da yeni şifrelemeler olmaktadır. Gereksinim; yeni ortaya çıkan, yapay olduğundan dolayı da sağlığa zararlı bazı moleküllere karşı duyulmaktadır. Bu şifreleme, elbette her zaman olmaz. İnsan, kendi isteğiyle zarara razı olmuş olabilir. Hastalıklarda ve ölümde sebeplerin perde 96

olduğu da unutulmamalıdır.

• Sağlığı bozacak ölçüde pH değişimine neden olan yabancı moleküllere karşı hücre zarı karşı koyar; karşı koyamazsa, hücre ya hastalanır ya da ölür. Ölen hücreler, vücudun dışına bilinen yollarla çıkarılır.

GASTROENTESTİNAL SİSTEM VE pH • Mide ve bağırsak asitliğinin derecesinin ayarlanmasında çok hassas dengeler gözetilir. Bu dengeler bozulursa değişik rahatsızlıklar ortaya çıkar.

• Özellikle insanın ruhsal durumunun, mide hareketleri ve mide salgısına etkisi büyüktür.

• Gıdalardan yalnız proteinlerin sindiriminin bir kısmı midede olur ve kuvvetli asidik ortamda yürütülür.

• Midede pepsin enzimi ve hidroklorik asit etkisiyle proteinler peptonlara parçalanır.

• İnce bağırsakta; yağlar, karbonhidratlar, bir de midede peptona parçalanan proteinler yapı taşına ayrışır.

• İnce bağırsaktaki sindirimde ortamın; nötre yakın asidik veya nötre yakın bazik olması gerekir.

• Her bir besin maddesinin sindirimi için gereken pH değerleri farklıdır.

• İnce bağırsakta farklı pH değerlerinin ayarlanmasında; ince bağırsak duvarı, pankreas ve safra salgısı görevlidir.

• Midenin çıkışında 4–7,2 arasında değişen pH değeri, ince bağırsağın başlangıcında 5,6 ile 7 arasında, ince bağırsağın ortalarında 6,8 ile 7,6 aralığında, ince bağırsağın sonlarında ise 7,2 ile 8,3 arasında olur.

• Mide, salgı yaptığında koruyucu mukusun altındaki pH, 7’dir.

Mukusun üstündeki pH, 2’dir.

• Kör bağırsakta 5,8–7,6 olarak belirlenen pH derecesi, kalın bağırsakta 6,5–7,8’dir.

• Dışkının (gaita) pH’ı 6 ile 7,3 arasında değişir.

97

• Mide ve bağırsakta pH değerlerinin belli aralıklarda olması, hem sindirim ve emilmenin devamı hem de bağırsak bakterilerinin görevlerini yapabilmeleri için gereklidir.

• Mideden yemek borusuna geri kaçan karışımın pH’ı düşük olduğundan reflü hastalığına sebep olur.

• Reflü; yemek borusundaki ağrı, yanma ve iltihaptır.

YAŞAM VE TAMPON ÇÖZELTİLER • Bazı kimyasal deneylerde ortam pH’ının uzun süre sabit kalması istenir. Bu deneylerde tampon çözeltiler kullanılır.

• Hücre ancak nötre yakın ortamda fonksiyonlarını yürütür.

Hücre içi ve hücre dışı sıvının nötr ortamı kaybetmesi hücre çalışmasını imkânsız hâle getirir. Bu nedenle vücut sıvılarının nötr ortamda tutulması için denetim mekanizmaları kurulmuştur.

• Bunlardan en önemlisi proteinlerdir. Proteinler, tampon görevi yaparak pH değişikliklerine mani olmakla görevlidir.

• Denetim mekanizmalarından ikincisi ise mineral maddelerdir.

• İyonların bazıları asit, bazıları da baz oluşturma özelliğine sahiptir. Asit oluşturanlar kükürt, fosfor ve klorür iyonları; baz oluşturanlar ise sodyum, potasyum, kalsiyum, magnezyum ve demir iyonlarıdır. Bu iyonları yiyeceklerle alırız.

• Bunlar birbirleriyle birleşerek tuz oluşturup vücut sıvısının nötr ortamda kalmasına yardımcı olurlar.

• Asit yağmurundan sonra deniz ve göl sularının pH’ında değişiklik olmaz. pH değişseydi yaşayan canlılar için tehlike söz konusuydu. Deniz ve göldeki tampon sistemler, asit yağmurundan dolayı pH düşmesine engel olur.

pH, KUVVETLİLİK VE ÇOKLUK İLİŞKİSİ • pH’ın kuvvetlilikle ilişkisi yoktur. Kuvvetli asit şayet seyreltik

98

ise pH’ı yüksek olur. HCl kuvvetli asit, CH3COOH ise zayıf – asittir. 10 6 M HCl çözeltisinin pH’ı 6’dır. 0,05 M CH3COOH çözeltisinin pH’ı ise 3’tür. + • Kuvvetlilik çok H olmasına göre değildir. Kendinde mevcut olanın tamamını vermesi ile ilgilidir. + • pH ise H çokluğuyla ilgilidir.

ASİDİN KUVVETİYLE REAKSİYONA GİRME KABİLİYETİ FARKLIDIR • Çaydanlıktaki kireç, limon suyu ile çözülür.

• Limon suyu, zayıf asit olan sitrik asittir.

• Kireci kuvvetli asitlerle bile çözemeyiz.

pH 0’DAN KÜÇÜK, pOH DA 14’TEN BÜYÜK OLABİLİR • 1’in logaritması 0’dır. 1’den büyük sayıların eksi logaritması + 0’dan küçüktür (eksidir). H derişimi 1’den büyük asitlerin pH’ı eksidir. pH + pOH = 14 olduğuna göre pOH da 14’ten büyüktür.

• Bu nedenle skalanın ucu açık olmalıdır.

ASİTLİK VE BAZLIK VARDIR, ASİT VE BAZ YOKTUR • Asitlik ve bazlık kimyasal bir özelliktir.

• pH’ı 7’den küçük diye her maddeye asit, pH’ı 7’den büyük diye de her maddeye baz denmez. Örneğin; “Sabun bazdır.”, “NH4Cl asittir.” gibi söylemler yanlıştır; çünkü ikisi de tuzdur.

• Bununla beraber asit–baz denince HCl, NH3 vb. sadece bazı 99

maddeler de anlaşılır.

ASİTLER VE BAZLAR KONUSUNDA KARŞILAŞILAN DİĞER SÖYLEM HATALARI –

• Bir maddenin baz olması için yapısında (OH) bulunması –

gerekmez; örneğin, NH3(g), (OH) içermediği hâlde bazdır. +

• Asit olması için de suya H vermesi gerekmez. Örneğin; +

CH3COOH(s), su olmadan da ortama H verir.

SOSYAL ALANDA KULLANILAN KİMYA KELİME VE DEYİMLERİ • Bazı hadiseler; sap ile samanın birbirinden nasıl ayrıldığını – bir turnusol kâğıdı gibi– gösteren önemli olaylardır.

4. ÇÖZELTİLERDE ÇÖZÜNME VE ÇÖKELME OLAYLARI ÇÖZÜNÜRLÜK DENGESİ • Suda az çözünen tuzların sudaki çözünmeleri bir denge olayıdır. Örneğin bir miktar suya yavaş yavaş AgCl tuzu ilave edilirse önce ilave edilen tuz suda çözünür, çözelti doygunluğa ulaştıktan sonra ise tuz çökmeye başlar. Çözelti 100

doygunluğa ulaştıktan sonra kapta yine iyonlaşma vardır.

• Ancak ne kadar tuz iyonlaşıyorsa, o kadar tuz çökmektedir.

Yani birim zamanda tuzun iyonlaşma ve çökme miktarı birbirine eşit olacaktır. Bu eşitliğin olduğu durum çözeltide çözünme–çökelme dengesinin kurulmasını ifade eder. Denge durumunda çözeltinin konsantrasyonu değişmez.

• Olayın denge denklemi; AgCl(k) ⇌ Ag+(suda) + Cl–(suda) şeklindedir.

• Olayın denge bağıntısı denklemi ise; Kçç = [Ag+] [Cl–] şeklindedir.

• AgCl katı olduğu için denge bağıntısına alınmaz.

• Buradaki denge sabitine (Kçç) çözünürlük çarpımı denir. Kçç ’deki ç harfi çözünmeyi anlatmak için kullanılır.

ÇÖZÜNÜRLÜK • Belirli sıcaklıkta 1 litre çözeltide çözünebilen maddenin (çözünen maksimum maddenin) mol sayısıdır. Diğer bir ifade ile doygun çözeltinin molar derişimidir.

• Çözünme hızı zamanla azalırken, çökme hızı artmaktadır. Çözünme ve çökelme hızlarının eşit olduğu anda denge kurulmuştur.

ÇÖZÜNÜRLÜK ÇARPIMI (Kçç) • Doygun çözeltideki iyonların derişimleri çarpımıdır.

• Çözünürlük çarpımı bir denge sabiti olduğundan yalnız sıcaklığa bağlı olarak değişir.

• Çözünürlük çarpımı verilen tuzların, çözünürlükleri karşılaştırılabilir.

• Çözünürlük çarpımı verilen bir tuzun molar çözünürlüğü bulunabilir. Suda az çözünen tuzlarda molar çözünürlüğe kısaca çözünürlük denir; başka bir ifadeyle suda az çözünen tuzlarda, çözünürlük denilince molar çözünürlük anlaşılır, 101

doygun çözeltinin molar derişimidir.

• Çözünürlüğü verilen tuzun çözünürlük çarpımı hesaplanabilir.

ÇÖZÜNÜRLÜĞE, ORTAK OLMAYAN YABANCI İYON ETKİSİ • Ortak olmayan yabancı iyon etkisiyle çözünürlük artar.

• Doymuş bir çözeltinin iyon şiddetini arttırmak için çözeltiye, çökelti ile ortak iyonu olmayan bir anorganik bileşik katılır; ortak olmayan bu yabancı iyonun etkisiyle çökeltinin çözünürlüğü artar.

ÇÖZÜNÜRLÜĞE ORTAK İYON ETKİSİ • Suda az çözünen tuzlar, kendisiyle ortak iyon içeren çözeltilerde saf sudakine göre daha az çözünürler.

• Çözeltideki ortak iyonun derişimi ne kadar fazla ise çözünürlük o kadar küçük olur.

• Ortak iyon çözünürlüğü azaltır. Çözünürlüğün azalması dengeden kaynaklanır. Tepkime sola kayar; çözünürlük azalır.

• Örnek olarak doymuş AgCl çözeltisine katı NaCl ilave edilirse, Cl– iyonları derişimi artar, denge AgCl’nin çökmesi yönünde kayar, bir miktar AgCl çöker.

• Bu durumda AgCl’nin çözünürlüğü saf suya göre azalmış olur.

Fe(OH)3’İN MOLAR ÇÖZÜNÜRLÜĞÜNÜN BULUNMASI (Kçç = 2x10–39) • Bu sorunun çözümünde Fe(OH)3’in Kçç’si, Ksu’dan daha küçük olduğundan dolayı çözümde su ihmal edilemez duruma gelir.

• Ksu = 10–14 olduğundan, sudan gelen hidroksil iyonu derişimi; 102

• • • • • •

[OH–] = 10–7 M olur. Fe(OH)3’ten gelen [OH–] ihmal edilir; sanki suda Fe(OH)3 yok gibi varsayılır.

Kçç = [Fe+3] [10–7]3 Kçç = 2x10–39 olarak verilmişti.

2x10–39 = [Fe+3] [10–7]3 [Fe+3] = 2x10–39 / 10–21 [Fe+3] = 2x10–18 Varsayım doğrudur; çünkü [Fe+3] < [OH–] çıkmıştır. 2x10–18 M, 10–7 M’dan düşüktür.

Fe(OH)3’İN MOLAR ÇÖZÜNÜRLÜĞÜNÜN İKİNCİ YOLDAN BULUNMASI • Bu soru ortak iyon etkisinden de çözülebilir.

• Doğrudan doğruya formülden çözülürse yanlış sonuç çıkar.

DOYMUŞLUK, DOYMAMIŞLIK, ÇÖKELME

• İki çözelti karıştırıldığında çözeltilerdeki iyonların birleşmesinden oluşan tuzlarla ilgili üç durum söz konusudur.

• Bir çözeltideki, iyonların konsantrasyonları çarpımı çözünürlük çarpımından küçük ise çözelti doymamıştır.

Doygunluğa ulaşıncaya kadar daha tuz çözebilir.

• İyonların konsantrasyonları çarpımı çözünürlük çarpımına eşit ise çözelti doymuştur. Artık aynı tuzdan daha çözemez.

• İyonların konsantrasyonları çarpımı çözünürlük çarpımından büyükse çözelti doygunluk sınırını aşmıştır, dengeye gelinceye kadar çökelme gözlenir.

• Çözünürlük çarpımı (Kçç) ve iyonların konsantrasyonları çarpımı (Q) olmak üzere aşağıdaki şekilde ifade edebiliriz.

• Kçç > Q ⟹ Doymamıştır, çökme olmaz.

• Kçç = Q ⟹ Doymuştur, çökme olmaz.

103

• Kçç < Q ⟹ Doymuştur, çökme olur.

ÇÖZELTİLERİN KARIŞTIRILMASINDAN SONRAKİ İYON MOLARİTELERİNİN HESAPLANMASI

• a) Tepkime yoksa • b) Tepkime varsa • a) Çözeltilerin karıştırılmasından sonra şayet tepkime olmadıysa, çözeltilerin karıştırılmasından sonraki iyon molaritesi hesaplanması: Bir bileşik; 1A grubu katyonu, NO3– iyonu, NH4+ iyonu, H+ iyonu veya CH3COO– iyonu içeriyorsa böyle maddeler iyi çözünür. Bu iyonları ihtiva eden çözeltiler derişik bile olsalar karıştırıldıklarında şayet nötrleşme olmuyorsa, tepkime yok demektir. Karışımdan sonraki molar derişimler M1V1=M2V2 formülünden hesaplanır. İki çözelti karıştırıldığında çözünürlüğü düşük olan bir bileşiğin (suda az çözünen bileşik, başka bir ifadeyle Kçç’si olan bileşik) iyonları bir araya geldiğinde maddenin çözünürlük sınırı aşılmazsa çökme olmaz. Bu durum; çok seyreltik çözeltilerin karıştırılmasıyla mümkündür. İki seçenek olabilir. Birincisi: Kçç > Q ise çözelti doymamıştır. Karışımdan sonraki 4 iyonun molar derişimleri de, yine M1V1=M2V2 formülünden hesaplanır. İkincisi: Çözeltiler karıştırıldığında Kçç = Q ise doymuş çözelti elde edilmiştir. Doygun çözelti, Kçç’si olan (suda az çözünen) bileşiğin doygun çözeltisidir. Bu bileşiğin iki iyonunun molar derişimi, karekök Kçç vb. formüllerden; diğer iki iyonun molar derişimi ise M1V1=M2V2 formülünden hesaplanır.

• b) Çözeltilerin karıştırılmasından sonra şayet tepkime oluyorsa, bu tepkime genelde aşağıdaki iki tepkimeden 104

birisidir.

1– Nötrleşme tepkimesi (asit + baz) 2– Çökme tepkimesi: İki çözelti karıştırıldığında şayet Kçç’si olan bir bileşik oluşuyorsa ve Kçç < Q ise çözünürlüğü düşük olan bir maddenin iyonları bir araya geldiğinden ve maddenin çözünürlük sınırı aşıldığından çökme olur. Burada da iki seçenek olabilir. Birincisi: Reaksiyonda arta kalan madde olmamıştır. Arta kalan olup olmadığı, denkleşmiş reaksiyon denklemine göre moller bulunarak anlaşılır. Çöken bileşiğin iki iyonunun molar derişimi, karekök Kçç vb. formüllerden; diğer iki iyonun molar derişimi ise M1V1=M2V2 formülünden hesaplanır. İkincisi: Reaksiyonda arta kalan madde olmuştur. Çöken bileşiğin iki iyonundan birisinin molar derişimi M=n/V formülünden ihmal işlemi yapılarak bulunur. Diğeri ortak iyon formülünden yine ihmal işlemi de yapılarak bulunur. Diğer iki iyonun molar derişimi ise M1V1=M2V2 formülünden hesaplanır.

ÇÖZELTİLER ARASINDAKİ YER DEĞİŞTİRME REAKSİYONLARINDAN HANGİLERİ GERÇEKLEŞİR? • KCl + NaNO3 → Reaksiyon gerçekleşmez.

• Gerçekleşen reaksiyonlarda ya ürünlerde suda çözünmeyen madde oluşmuştur, bu maddeye çökelek diyoruz. Veya gaz çıkışı olmuştur. Ya da ürünlerde su meydana gelmiştir.

SEÇİMLİ ÇÖKTÜRME • Çözelti içerisinde bulunan farklı derişimdeki birden fazla iyon, çözünürlüğü az olan tuz oluşturarak başka bir iyonla çöktürülebilir. Bu iyonlardan hangisi doygunluğa daha önce ulaşıyorsa, o iyon önce çökecektir. Doygunluğa ulaşan diğer iyonlarda sırasıyla çökelir.

105

• Bu olayda bir çözelti içerisinde bulunan istenmeyen bir iyon çöktürülerek çözeltiden uzaklaştırılır.

ÇÖZÜNME VE İYONLAŞMA İLİŞKİSİ Çözünme yüzdesini zenginlik, iyonlaşmayı vermek kabul edersek; çözeltileri dört gruba ayırırız: 1. ÇOK ÇÖZÜNEN VE % 100 İYONLAŞAN ÇÖZELTİLER (ZENGİN, TAMAMINI VEREN) NaCl(k) + su → Na+1(suda) + Cl–1(suda) 2. AZ ÇÖZÜNEN VE % 100 İYONLAŞAN ÇÖZELTİLER (FAKİR, TAMAMINI VEREN): Bu grup, çözünürlük dengesi konusundaki bileşikler olup iyonlaşma denklemleri yanlış olarak çift yönlü okla gösterilir. Bunun nedeni çözünürlük hesaplamalarının denge mantığıyla yapılmasındandır. Aslında suda çözünmezler, bunlar kimyada az çözünen diye geçer. Çözünmeleri milyonda veya trilyonda birkaç mertebelerindedir.

Ca(OH)2(k) + su ⇌ Ca+2(suda) + 2(OH)–1(suda) 3. HER ORANDA ÇÖZÜNEN VE AZ İYONLAŞAN ÇÖZELTİLER (ZENGİN, AZINI VEREN) CH3COOH(s) ⇌ CH3COO–1(suda)+H+1(suda) 4. AZ ÇÖZÜNEN VE AZ İYONLAŞAN ÇÖZELTİLER (FAKİR, AZINI VEREN) NH3(g) + H2O(s) ⇌ NH4+1(suda) + OH–1(suda)

YAŞAMIMIZDAKİ BAZI ÇÖZÜNÜRLÜK DENGE BİLEŞİKLERİNİN İYONLAŞMALARI Dişin yapısı: CaF2(k) ⇌ Ca+2(suda) + 2F –1(suda) 106

Kemiğin yapısı: Ca3(PO4)2(k) ⇌ 3Ca+2(suda) + 2(PO4)–3(suda) Mide pastilleri: Al(OH)3(k) ⇌ Al+3(suda) + 3(OH)–1(suda) BaSO4(k) ⇌ Ba+2(suda) + SO4–2(suda)

• BaSO4 (BARYUM SÜLFAT): Ameliyat esnasında kullanılan sargı bezi, pamuk, makas vb. steril ameliyat malzemeleri baryum sülfat çözeltisine batırılmıştır. Ameliyat esnasında vücudun içinde unutulan ameliyat malzemelerini, röntgen çekiminde BaSO4 gösterir. Ayrıca BaSO4 ve hint yağı karışımı; XM solüsyonu adındaki ilaçtır. Röntgen filmi çekiminden az önce hastaya içirilir. İçirilen sıvının mideden bağırsağa kaç dakikada geçtiği BaSO4 ile anlaşılır; geçiş süresine göre hastalığa teşhis konur.

• Al(OH)3: Antiasit mide pastilleridir.

5. KOMPLEKS OLUŞMA– AYRIŞMA DENGELERİ KOMPLEKS İYON OLUŞUMU SABİTİ (βn) • Kompleks oluşma–ayrışma dengesinde K sabiti, kompleks iyon oluşumu sabiti (βn) ismiyle anılır. K’dan başka beta β (beta) harfiyle de gösterilir.

• Cu+2 + Cl– ⇌ [CuCl]+1 K1 = β1 • [CuCl]+1 + Cl– ⇌ CuCl2 K2 = β2 • CuCl2 + Cl– ⇌ [CuCl3]–1 K3 = β3 • [CuCl3]–1 + Cl– ⇌ [CuCl4]–2 K4 = β4 107

• K1, K2, K3, K4 (β1 , β2 , β3 , β4) aşamalı denge sabiti adını alır.

• 4 denklem taraf tarafa toplandığında elde edilen tepkime aşağıdadır.

• Toplam tepkime: Cu+2 + 4Cl– ⇌ [CuCl4]–2 • Bu toplam tepkimenin kompleks iyon oluşumu sabiti (βn), ilk 4 tepkimenin aşamalı denge sabitlerinin çarpımına eşittir.

• Kn =K1 x K2 x K3 x K4 (βn =β1 x β2 x β3 x β4)

6. TİTRASYON TİTRİMETRİ

• Titrasyon, titrimetri demektir. Titrimetri; volumetrik (hacim ölçümüne dayanan) nicel (kantitatif) analiz metodudur.

• Titrimetrik yöntemlerde kullanılan başlıca araçlar büret, mesnet, mesnet kıskacı, mesnet növesi, erlenmayer, balon joje, dereceli silindir, çözelti şişesi ve pipettir.

• Titrant büretteki çözeltidir. Titre edilecek madde erlenmayere konulur.

• Titrant, ayarlı çözeltidir.

• Eşdeğerlik noktası (ekivalens nokta) ile dönüm noktası karıştırılmamalıdır.

• Eşdeğerlik noktası (ekivalens nokta) ile dönüm noktası arasındaki fark titrasyon hatasından kaynaklanır.

• Titrasyon hatası yoksa eşdeğerlik noktası (ekivalens nokta) ile dönüm noktası aynıdır.

• Titrimetride, titrasyon hatasını önlemek için kör çözelti kullanılır.

• Dönüm noktası titrasyonun bittiği noktadır. Dönüm noktasına titrasyon bitiş noktası da denir.

• Eşdeğerlik noktası (ekivalens nokta) ise reaksiyon denklemine göre titrasyonun gerçekten bitmesinin gerektiği noktadır.

• İndikatör, titrasyonun bitiş noktasında renk değiştiren 108

fenolftalein, metil oranj, nişasta vb. organik maddelerden hazırlanmış çözeltilerdir.

• Potasyum permanganatla yapılan redoks titrasyonlarında dönüm noktasındaki renk değişikliği, indikatörsüz gözlemlenir.

• Büretteki ayarlı çözelti erlenmayerdeki karışıma damla damla ilave edilir ve sürekli çalkalanır. İlave edilen titrantın son bir damlasıyla dönüm noktasında ortamın rengi değişir. Bu anda büretin musluğu kapatılır, sarfiyat okunur. Hesaplamalar yapılır.

AYARLI ÇÖZELTİ HAZIRLANMASI • Ayarlı çözelti, kesin molaritesi bilinen çözeltidir; bir de yaklaşık molariteli çözelti vardır.

• Ayarlı çözelti şöyle hazırlanır: Önce genelde 0,1 M’lık çözelti hazırlanır. Hazırlanan 0,1 M’lık bu çözeltiye yaklaşık molariteli çözelti denilir. Primer standart madde kullanılarak yapılan bir titrasyonla faktör bulunur.

• Faktör, kesin molaritenin bulunması için yaklaşık molaritenin çarpılması gereken 1’e yakın bir sayıdır.

• Primer standart madde, %100 yalnız kendisini içeren saf bir maddedir ve hava, rutubet, güneş vb. dış şartlardan etkilenmez.

• Böylece ayarlı çözelti hazırlanmış olur.

TİTRİMETRİK YÖNTEMLER

• 1. Asit–baz titrasyonları (Nötralimetri) • 2. Redoks titrasyonları • a. Potasyum permanganatla yapılan titrasyon (Permanganometri) • b. İyodür ile yapılan titrasyon (İyodimetri) • c. Seryum iyonuyla yapılan titrasyon (Serimetri) 109

• 3. Cu+2 iyonunun EDTA (etilen di amin tetra asetik asit) ile fotometrik titrasyonu • 4. Çöktürme titrasyonları (Arjantimetri) • 5. Kompleksleştirme titrasyonları (Kompleksometri)

NÖTRALİMETRİ

• Asit–baz titrasyonlarına nötralimetri denir. Nötralimetri asidimetri ve alkalimetri olmak üzere iki çeşittir. Asidimetri, büretteki ayarlı asit çözeltisiyle yapılan titrasyondur.

Alkalimetri, büretteki ayarlı baz çözeltisiyle yapılan titrasyondur.

• Nötralimetrik yöntemde titrant madde kuvvetli asit veya kuvvetli baz olmalıdır. Erlenmayerdeki analizi yapılacak madde ise zayıf asit veya zayıf baz olabilir.

• Uygun indikatörün seçimi önemlidir; aynı titrasyon için birden fazla uygun indikatör olabilir. Ayarlı 0,1 M HCl çözeltisiyle yapılan asidimetrik titrasyonda indikatör olarak hem metil oranj çözeltisi hem de fenolftalein çözeltisi kullanılır. Ayarlı 0,1 M NaOH çözeltisiyle yapılan alkalimetrik titrasyon için de indikatör olarak hem fenolftalein çözeltisi hem de metil oranj çözeltisi kullanılır.

4. ÜNİTE: ELEKTROKİMYA ÜNİTENİN BÖLÜM BAŞLIKLARI • 1. Madde – Elektrik İlişkisi 110

• 2. Standart Elektrot Potansiyelleri • 3. Elektrokimyasal Hücreler

1. MADDE – ELEKTRİK İLİŞKİSİ ELEKTROLİZ OLAYININ TANIMI • İçerisinde anyon ve katyonların bulunduğu bir karışımdan elektrik akımı uygulamak suretiyle iyonların nötrlenmesidir.

ELEKTROLİZ OLAYINDA BAŞLICA NİTEL KURALLAR • • • • •

Anyonlar negatif yüklü, katyonlar ise pozitif yüklüdür.

Anot elektrot pozitif yüklü, katot elektrot ise negatif yüklüdür.

Anyonlar anot tarafına, katyonlar katot tarafına gider.

Anotta yükseltgenme, katotta ise indirgenme olur.

Anyonlar negatif olduğundan pozitif yüklü anot tarafına, katyonlar pozitif olduğundan negatif yüklü katot tarafına gider.

• Anyonlar anotta, katyonlar katotta açığa çıkar.

• Ortamda birden fazla katyon varsa katotta önce indirgenme yarı pil potansiyeli büyük olan indirgenir.

• Ortamda birden fazla anyon varsa anotta önce yükseltgenme yarı pil potansiyeli büyük olan yükseltgenir.

ELEKTROLİZ OLAYINDA FARADAY PRENSİPLERİ 111

• 1. Elektroliz devresinden geçen akım miktarı ile katot ve anotta toplanan ya da çözünen madde miktarı doğru orantılıdır.

• 2. Bir elektroliz devresinden 1 faradaylık akım geçirilirse anot ya da katotta 1 eşdeğer gram madde toplanır ya da çözünür.

1 faraday = 1 mol elektron = 96500 coulomb (kulon) Q = It Q: Elektrik yükü (coulomb) I: Akım şiddeti (amper) t: Zaman (saniye) • 3. Seri bağlı elektroliz kaplarından aynı akım geçtiğinde birinin katodunda ya da anodunda toplanan ya da çözünen madde miktarı bilinirse diğer kapların katot ya da anotlarında toplanan ya da çözünen madde miktarları hesaplanabilir.

ELEKTROLİZLE METAL KAPLAMA VE BAŞLICA UYGULANDIĞI YERLER • Kendiliğinden gerçekleşmeyen kimyasal reaksiyonlarda kaplama işleminin elektrolizle olması şarttır. Demirin krom ve çinko ile kaplanması, bakırın nikel ile kaplanması buna örnektir. Yanlış uygulamalardır.

• Kendiliğinden gerçekleşen kimyasal reaksiyonlarda kaplamanın daha kalın olması için elektroliz yöntemi kullanılabilir. Demirin nikel ile kaplanması buna örnektir.

• Krom kaplamaya kromaj, nikel kaplamaya nikelaj denir.

ENDÜSTRİDE ELEKTROLİZ 2Al2O3 → 4Al + 3O2 2ZnSO4 + 2H2O → 2Zn + O2 + 2H2SO4 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2 112

2NaCl(s) → 2Na + Cl2

SODYUM KLORÜRÜN ELEKTROLİZİ • NaCl(s) elektrolizinde Na ve Cl2 elde edilir.

• NaCl(suda) elektrolizinde H2 ve Cl2 elde edilir. Aşırı gerilimde O2 de elde edilir.

2. STANDART ELEKTROT POTANSİYELLERİ AKTİFLİK • Elementlerin bileşik oluşturabilme kabiliyetlerine aktiflik denir.

• Kimyasal reaksiyonlarda, elektron veren element yükseltgenirken, elektron alan element indirgenir. Elektron veren (yükseltgenen) elemente indirgen, elektron alan (indirgenen) elemente yükseltgen denir.

• Reaktifler arasında elektron alış verişi olan reaksiyonlar redoks reaksiyonudur.

YÜKSELTGENME YARI PİL POTANSİYELİ • Elementlerin aktifliğinin karşılaştırılmasının bir diğer yolu da yükseltgenme yarı pil potansiyelidir. Bir elementin yükseltgenme yarı pil potansiyeli değeri ne kadar büyükse elektron verebilme kabiliyeti (aktifliği) o kadar büyüktür.

İNDİRGENME YARI PİL POTANSİYELİ 113

• Yükseltgenme yarı pil potansiyeli değerinin ters çevrilmiş hâlidir.

YARI PİL POTANSİYEL DEĞERLERİ NE ANLAM TAŞIR? • Yükseltgenme yarı pil potansiyeli veya indirgenme yarı pil potansiyeli değerlerinin sıfırdan büyük (+) olması, söz konusu yarı reaksiyon denkleminin istemli olduğunu; sıfırdan küçük (–) olması ise söz konusu yarı reaksiyon denkleminin istemsiz olduğunu gösterir.

• Sayısal değerin büyüklüğü veya küçüklüğü ise, mukayeseli olarak olayın ne derece istemli veya istemsiz olduğunun göstergesidir.

YARI REAKSİYONLARDA GERİLİM TABİRİNİ KULLANMAMAK GEREKİR • Yarı reaksiyonlarda gerilim tabirini kullanmamak lazımdır; çünkü gerilim, iki potansiyel arasındaki farktır. Yarı reaksiyonda ise tek bir potansiyel söz edilmektedir.

• Standart elektrot potansiyeli denilmelidir, Standart elektrot gerilimi denilmemelidir. Aynı şekilde standart anot potansiyeli veya standart katot potansiyeli denilmelidir. Standart anot gerilimi veya standart katot gerilimi denilmemelidir.

AVAMETRE • Gerilim değerleri, avametre adı verilen alet ile daha pratik olarak ölçülebilir.

HANGİ İŞARET STANDART ŞARTINI 114

GÖSTERİR VE STANDART ŞART NE DEMEKTİR? • E°’daki E’nin üstündeki işaret, standart şartı gösterir.

Standart sıcaklık (referans sıcaklık) genelde 25 °C’tır.

IUPAC’ın önerdiği standart basınç 1 bardır. Kafa karışmasın diye hâlâ 1 atm denilmektedir (1 bar = 0,98692316931 atm).

STANDART HİDROJEN YARI PİLİ • Hidrojenin yükseltgenme ve indirgenme yarı pil potansiyeli oda şartlarında (25 °C ve 1 atm) 0,00 volt kabul edilmiştir.

H2(g) → 2H+ + 2e ΔE° = 0,00 volt + 2H + 2e → H2(g) ΔE° = 0,00 volt • Diğer maddelerin yükseltgenme yarı pil potansiyelleri standart hidrojen yarı pilinden yararlanılarak bulunur.

KONSANTRASYON DEĞİŞMESİNİN PİL GERİLİMİNE ETKİSİ • Pillerde denge olayı vardır. Pile yapılan etkilerle sistem ürünler lehine kayarsa gerilim artar; girenler lehine kayarsa gerilim azalır. Gerilimin arttırılması, pilin ömrünün uzaması demektir. Gerilimin azalması ise, pilin ömrünün kısalması demektir. Pil kullanıldıkça, gerilim azalır. Gerilim 0 volta düşünce pil tükenmiştir.

ELEKTROKİMYASAL HÜCRE DENGEYE ULAŞTIĞINDA, POTANSİYEL VE AKIM DEĞERLERİ • Dengede pil tükenmiştir.

115

• Potansiyel ve akım her ikisi de 0 (sıfır) olur.

ELEKTROKİMYASAL TEPKİMELERDE HESS PRENSİBİNİN UYGULANMASI • 1) Bir elektrokimyasal pil tepkimesinde reaksiyon bir sayı ile çarpılırsa pil potansiyeli (ΔE°) bu sayı ile çarpılmaz.

• 2) Yükseltgenme ya da indirgenme yarı reaksiyonları ters çevrilirse pil potansiyeli işaret değiştirir • 3) Pil tepkimesi iki ya da daha fazla pil reaksiyonunun toplamından elde ediliyorsa, bu tepkimenin pil potansiyeli diğer reaksiyonların pil potansiyelleri toplamına eşit olur.

3. ELEKTROKİMYASAL HÜCRELER ELEKTROKİMYASAL PİLLER • Kendiliğinden olan bir kimyasal tepkime, elektrik enerjisi üretiyorsa buna galvanik pil (pil) denir. Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren sistemlerdir.

• Pilin tersi de elektrolitik işlemdir (elektroliz).

• Pillerde yükseltgenme ve indirgenme yarı reaksiyonları ayrı kaplarda gerçekleştirilir. Kaplar bir tuz köprüsü ile ve elektrotlar da iletken tel ile bağlandığında devreden akımın geçtiği görülür.

• Bir elektrokimyasal pilde tuz köprüsü, her bir kaptaki yük dengesini sağlamak içindir.

• Tuz köprüsünün içerisindeki çözelti suda çok çözünen KNO3, KCl, NaNO3, NH4Cl gibi tuzların çözeltisidir.

• Çözeltisi U borusunun içerisine konulmuştur.

116

• • • •

Dökülmemesi için uçları pamukla veya bir tamponla kapatılır.

Kaplara ters olarak yerleştirilir.

Tuz köprüsünde katyonlar katoda, anyonlar anoda göç ederler.

Bir kimyasal pildeki yükseltgenmenin ve indirgenmenin olduğu çubuklar elektrottur. Yükseltgenmenin olduğu elektrota anot, indirgenmenin olduğu elektrota katot denir. Anot ve katotta gerçekleşen reaksiyonların toplamı pil reaksiyonudur.

ELEKTROKİMYASAL HÜCRELERDE “PİL GERİLİMİ” YERİNE BAŞKA HANGİ TABİRLER KULLANILABİLİR? PİL POTANSİYELİ ELEKTROKİMYASAL PİL GERİLİMİ ELEKTROKİMYASAL PİL POTANSİYELİ ELEKTROMOTOR POTANSİYELİ ELEKTROMOTOR GERİLİMİ ELEKTROMOTOR KUVVETİ ELEKTROMOTOR POTANSİYELİ REDOKS GERİLİMİ REDOKS POTANSİYELİ ÖLÇÜLEN DEĞERLERİN ARTI VEYA EKSİ OLMASI SÖZ KONUSU DEĞİLDİR (E0pil FORMÜLÜ) • Katot ve anotta ölçülen potansiyel değerlerinin artı veya eksi olması söz konusu değildir. Katot potansiyelinden anot 117

• • • •

potansiyelinin çıkarılması ile pil gerilimi hesaplanmış olur.

E0pil = E0katot - E0anot Pil gerilimi her zaman pozitif çıkar.

IUPAC kuralına göre formül şu şekildedir: E0pil = E0sağ - E0sol Sağdaki hücre katot, soldaki hücre ise anottur.

E0katot ve E0anot DEĞERLERİ İLE KAST EDİLEN NEDİR? • Hidrojen ile yapılan deneylerde katot ve anotta ölçülen potansiyel değerleri (standart indirgenme potansiyelleri) kast edilmektedir.

STANDART İNDİRGENME POTANSİYELİ VE STANDART YÜKSELTGENME POTANSİYELİ ARTI VE EKSİSİZ OLMAZ • Standart indirgenme potansiyeli ve standart yükseltgenme potansiyelleri (hidrojen hariç) artı ve eksisiz olmaz.

PİL GERİLİMİNİN (E0pil) İKİNCİ BİR FORMÜLLE HESAPLANMASI • E0pil = E0indirgenme potansiyeli + E0yükseltgenme potansiyeli

STANDART POTANSİYEL DENİLİNCE HANGİ POTANSİYEL ANLAŞILIR? • Standart potansiyel denilince, standart indirgenme potansiyeli anlaşılır. Standart indirgenme potansiyeli de elbette denilebilir.

• Yükseltgenme standart potansiyeli kast ediliyorsa aynen 118

söylemek gereklidir.

ELEKTROKİMYASAL HÜCRELERDE ELEKTROT İŞARETLERİ • Katot elektrot pozitif yüklü, anot elektrot ise negatif yüklüdür.

ELEKTROKİMYASAL HÜCREDEKİ ELEKTROT İŞARETİ İLE PİLDEKİ ELEKTROT İŞARETİ BİRBİRİNİN TERSİDİR • Elektrokimyasal hücrelerde katot elektrot pozitif yüklü, anot elektrot negatif yüklüdür.

• Elektrolizde ise anot elektrot pozitif yüklü, katot elektrot negatif yüklüdür.

• Elektrokimyasal hücrelerde işaret terstir, doğrusu elektrolizdeki işarettir; neticede bu bir gösterimdir, bundan dolayı önemli değildir.

KONSANTRASYON FARKINDAN DOLAYI ÇALIŞAN PİLLER (DERİŞİM PİLİ) • Aynı cins elektrotlardan oluşan pillerde pil çözeltileri arasında konsantrasyon farkı varsa bu tür piller de çalışır.

REDOKS REAKSİYONUNUN PİL OLABİLMESİ İÇİN GEREKLİ ŞARTLAR • 1) Yükseltgenme ve indirgenme reaksiyonları ayrı kaplarda gerçekleştirilmelidir.

• 2) Elektronların dış devreden iletken tel yardımıyla akışı

119

sağlanmalıdır.

• 3) Çözeltiler tuz köprüsü ile birleştirilmelidir.

• 4) Bir kimyasal pilin çalışabilmesi için pil çiftleri arasında ya konsantrasyon ya da aktiflik farkı olmalıdır.

ŞARJ EDİLEBİLEN PİL VE ŞARJ EDİLEMEYEN PİL ARASINDAKİ FARK • Şarj edilebilen pillerdeki tepkimeler tersinirdir; şarj edilemeyen pillerdeki tepkimeler ise tersinir değildir.

PİLİN ŞARJ EDİLMESİ İLE ELEKTROLİZ AYNIDIR • Pilin şarj edilmesi ile elektroliz aynı anlama gelmektedir.

DOĞAL METAL KAPLAMA • Kaplama esnasındaki kimyasal reaksiyon kendiliğinden gerçekleşiyorsa buna doğal kaplama denir. Doğal kaplama ince olur, buna rağmen yıllar sonra bile aşınmaz.

• İndirgenme potansiyeli en büyük olan, soy metallerdir. Soy metal iyonu içeren bir çözelti (altın suyu) içine örneğin bir demir yüzük daldırılırsa yüzük altınla kaplanır.

DOĞAL METAL KAPLAMA VE UYGULANDIĞI YERLER • Kaplama esnasındaki kimyasal reaksiyon kendiliğinden gerçekleşiyorsa buna doğal kaplama denir. Doğal kaplama ince olur, buna rağmen yıllar sonra bile aşınmaz.

120

• İndirgenme potansiyeli en büyük olan, soy metallerdir. Soy metal iyonu içeren bir çözelti (altın suyu) içine örneğin bir demir yüzük daldırılırsa yüzük altınla kaplanır.

• Sanayide uygulandığı yerler; demir metalinin nikel ile kaplanması, değersiz metalden yapılmış süs eşyalarının gümüş ile kaplanması ve değersiz metalden yapılmış takıların altın ve gümüş ile kaplanmasıdır.

ELEKTROLİZLE METAL KAPLAMA VE BAŞLICA UYGULANDIĞI YERLER • Kendiliğinden gerçekleşmeyen kimyasal reaksiyonlarda kaplama işleminin elektrolizle olması şarttır. Demirin krom ve çinko ile kaplanması, bakırın nikel ile kaplanması buna örnektir. Yanlış uygulamalardır.

• Kendiliğinden gerçekleşen kimyasal reaksiyonlarda kaplamanın daha kalın olması için elektroliz yöntemi kullanılabilir. Demirin nikel ile kaplanması buna örnektir.

• Krom kaplamaya kromaj, nikel kaplamaya nikelaj denir.

DEMİRİN PASLANMASI • Metalik demirin, hava oksijeniyle paslanmasına ait reaksiyon denkleminin toplam gerilimi, pozitif sayısal değerdir.

• Rutubetli ortam oto katalizördür; çünkü oksijenin indirgenme yarı reaksiyonu tam yazıldığında ürünlerde su çıkmaktadır.

• Fe2O3 pastır.

• Paslanmayan borular kullanılmadığı müddetçe, sulardan pas akacaktır.

• Demirin; yağlı boya, paslanmaz çelik üretimi vb. yollarla paslanmaya karşı korunması önemlidir.

ŞEHİR ŞEBEKE SULARINDAN PAS AKMASI 121

NORMALDİR 4Fe0 – 8e → 4Fe+2 E0yükseltgenme = +0,44 V 4Fe+2 – 4e → 4Fe+3 E0yükseltgenme = –0,77 V 3O2 + 12e → 6O–2 E0indirgenme = +1,23 V Bu 3 tepkime toplandığında aşağıdaki tepkime elde edilir: 4Fe0 + 3O2 → 2Fe2O3 E0redoks= +0,90 V • Metalik demirin, hava oksijeniyle paslanmasına ait reaksiyon denkleminin toplam gerilimi, pozitif sayısal değerdir.

• Rutubetli ortam oto katalizördür; çünkü oksijenin indirgenme yarı reaksiyonu tam yazıldığında ürünlerde su çıkmaktadır.

• Fe2O3 pastır.

• Paslanmayan borular kullanılmadığı müddetçe, sulardan pas akacaktır.

• Demirin; yağlı boya, paslanmaz çelik üretimi vb. yollarla paslanmaya karşı korunması önemlidir.

Al(NO3)3 ÇÖZELTİSİ Zn KAŞIK İLE KARIŞTIRILABİLİR Mİ?

Al+3 ’ün Al0 ’a indirgenme potansiyeli = –1,66 V Zn0 ’ın Zn+2 ’ye yükseltgenme potansiyeli = +0,76 V Bu 2 tepkime toplandığında aşağıdaki gerilim elde edilir: Redoks tepkimesinin gerilimi = –0,90 V E0redoks < 0 olduğundan karıştırılabilir; çünkü reaksiyon olmaz.

AgNO3 ÇÖZELTİSİ DEMİR KAPTA 122

SAKLANABİLİR Mİ?

2Ag+1 + 2e → 2Ag0 E0indirgenme = +0,80 V Fe0 – 2e → Fe+2 E0yükseltgenme = +0,44 V Bu 2 tepkime toplandığında aşağıdaki tepkime elde edilir: 2Ag++Fe0 → 2Ag0+Fe+2 E0redoks = +1,24 V E0redoks > 0 olduğundan saklanamaz; çünkü reaksiyona girer.

PİLDEN BAŞKA KENDİLİĞİNDEN GERÇEKLEŞEN YAŞAMIMIZDAKİ REDOKS TEPKİMELERİNE İKİ ÖRNEK 1. Asit Yağmurunun Çinko Olukları Aşındırması 2. Demirin Altınla ve Gümüşle Kaplanması ASİT YAĞMURUNUN ÇİNKO OLUKLARI AŞINDIRMASI Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

DEMİRİN ALTINLA VE GÜMÜŞLE KAPLANMASI Fe + 3AuNO3 → Fe(NO3)3 + 3Au Fe + 3AgNO3 → Fe(NO3)3 + 3Ag

123

BİTKİLERLE TEDAVİ VE HİJYEN • Fotosentez olayı bir redoks reaksiyonudur. Bunun sonucunda bitkiler oluşur. Fotosentezde ve fotosentezin devamında yaprak gereklidir. Tedavide ve hijyende bitki yaprakları önemlidir. Sigara kâğıdı gibi ince yeşil yapraklar, yazın çok şiddetli sıcaklıkta bile aylarca yaş kalır, kurumaz.

DOĞAL ŞİFALI SULARLA TEDAVİ • Yeraltından gelen sular karşılaştıkları sert taş, kaya ve toprağa çarptığında elektron aktarımı olur. Örneğin, elementel demir (sıfır yükseltgenme basamağındaki demir) içeren bir kayayla su temas edince; demir, +2 hâline geçer.

Sıfır yükseltgenme basamağındaki demir suda çözünmez.

Demir +2 ise az çözünür.

• Bu redoks tepkimeleri sonucunda yeryüzüne çıkan kaynak suları ve şifalı sular az veya eser miktarda onlarca farklı minerali içerir. Ülkemizde Keçiborlu suyu, şifalı sulara örnektir.

• Köklerin ipek gibi yumuşak damarlarının sert taşları delmesi anında da benzer redoks reaksiyonları gerçekleşir.

KİMYA LABORATUVARLARINDAKİ LAVABO VE PİS SU BORULARI İLE KENDİLİĞİNDEN OLUŞAN TEPKİME İLİŞKİSİ • Kimya laboratuvarlarındaki lavabolar, çelik lavabo olmamalıdır; çünkü çelik, asitlerle kimyasal tepkimeye girer.

Zaten bu hususa dikkat edilmektedir.

• Kimya laboratuvarlarında lavabolar ve çalışma tezgâhları laminant da olmamalıdır; çünkü laminant, çoğu çözelti ile tepkimeye girer ve leke kalır.

124

• Kimya laboratuvarlarında pis su boruları, bakır ve çinko olmamalıdır. Bakır asitlerle tepkimeye girer. Çinko ise hem asit hem baz hem de bazı çözeltilerle tepkimeye girer.

• Bu hususlara kimya laboratuvarlarının kurulmasında dikkat edilmektedir.

DEMİRİN KROMLA KAPLANMASI Hem kromun ele batma tehlikesi vardır hem de alttaki demir paslanır. Krom kaplı musluklarda buna rastlanır.

Kromaj kaplı et kıyma makinelerinde ise alttaki demir paslandığından kıyma makinesinde sabahları ilk çekilen kıymalar paslı olur.

REDOKS TEPKİMESİ VE ELMA Elma 1 sene boyunca ihtiyacımızın olduğu bir meyvedir, her mevsim turfanda elma bulunur.

Fe+2 kanımızdaki hemoglobinin temel maddesidir. Gıdalardaki ve ilaçlardaki demir iyonu ise Fe+3’tür.

Fe+2 ihtiyacımızı elma ve nisan yağmuru ile karşılamamız gerekir. Veyahut elma çekirdeği yenilmelidir.

Kansızlık için alınan Fe+3 preparatları bağırsakları tahrip eder ve genelde faydası görülemez; çünkü ilaç olarak veya gıdalarla aldığımız Fe+3 vücudumuzda ancak elma çekirdeğiyle indirgenerek Fe+2’ye dönüşebilir.

Günde 1 tane elma ile beraber 1 tane de elma çekirdeği yenilmelidir. Elma çekirdeği 1 taneden fazla yenilmemelidir. 1 adet elmada bulunan Fe+2, insanın günlük Fe+2 ihtiyacı kadardır.

Elmada Fe+2 zaten vardır. Elma ağacı, kökleri vasıtasıyla topraktan aldığı Fe+3’ü indirgeyerek Fe+2 hâline getirir ve meyvesinde depolar.

Bu redoks tepkimesi günümüzde laboratuvarda henüz gerçekleştirilememiştir; çünkü zor bir kimyasal işlemdir. Kırmızı 125

renkli Fe+2’nin laboratuvarlarda elde edilmesi bu nedenle mümkün değildir.

Nisan yağmuru bereketlidir ve içilirse şifalıdır. Genelde nisan ayında yağan ikinci yağmur, kırmızı renkli Fe+2 içerir. Bu Fe+2’nin kaynağı çöllerdeki tozdur. Sahra tozları nisan ayında rüzgârla dünyanın her yerine taşınır. Tozlar bulutların içine girince de yağış oluşur. Bu yağmurdan sonra arabaların üzeri kırmızılaşır.

YERYÜZÜNDE BULUNAN DOĞAL ELEMENTLER VE DOĞAL BİLEŞİKLER HANGİLERİDİR? METALLERİN SERBEST YA DA BİLEŞİK OLARAK DOĞADA BULUNMASIDAKİ KURAL • İndirgenme yarı pil potansiyeli listesinde; indirgenme potansiyeli hidrojenden yüksek olan metaller, soy (altın, platin, gümüş) metaller ve yarı soy (bakır, cıva) metallerdir.

• Soy metaller doğada yalnız elementel hâlde bulunur, bileşikleri hâlinde bulunmaz.

• Yarı soy metaller ise hem elementel hâlde hem de bileşiği hâlinde bulunur.

• Amalgam diş dolgular; cıva ve gümüş içerir. Altın diş dolgusu da vardır. Platin metali ise, protezlerde kullanılır. Bütün bu kullanımlarda altın, platin, gümüş ve cıva; aynen doğadaki gibi metalik hâldedir. Sıfır yükseltgenme basamağındadır. Bu nedenle de sağlığa zararları yoktur.

• Bakır ve cıva da soy metaller gibi genelde doğada serbest hâlde bulunur.

• Bakır ve cıva metallerine, yarı soy metal denmesinin sebebi; doğada doğal bileşiklerinin de olmasıdır.

• Bu 5 element dışındaki bütün metaller, yaklaşık 70 metal doğada yalnız bileşikleri hâlinde bulunur, hiçbiri serbest hâlde 126

• • • • • •

bulunmaz. Örneğin doğada Na, Ca, Al yoktur. NaCl (yemek tuzu), CaCO3 (mermer), Al2O3 (alüminyum metalinin elektroliz yöntemiyle elde edildiği boksit cevheri) vardır.

Tabiatta bulunan ve suda çözünmeyen doğal metal bileşiklerine cevher (filiz) denir.

Genellikle kaya tuzu gibi suda çözünenler yerin derinliklerinde, suda çözünmeyenler ise yerin üstündedir.

Demir ve nikelin indirgenme potansiyeli hidrojenden az olmasına rağmen, yerkürenin merkezinde erimiş elementel hâlde de bulunurlar. İnsan evrenin küçültülmüş bir örneği olduğundan; evrende hangi doğal element ve bileşik varsa, insanda numunesi vardır.

Zemin yüzündeki doğal element ve doğal bileşiklerin çok faydalı görevleri vardır. Özellikle de insanın hizmetine koşmaktadırlar.

AMETALLERİN SERBEST YA DA BİLEŞİK OLARAK DOĞADA BULUNMASIDAKİ KURAL • F2 gazı ve Cl2 gazı, tabiatta bulunmaz. Doğada florür bileşikleri ve klorür bileşikleri vardır.

• F2 gazı ve Cl2 gazından başka bütün ametaller; doğada, hem elementel hâlde hem de bileşiği hâlinde bulunur.

PİL ÇEŞİTLERİ Pilleri genel olarak iki ana gruba ayırmak mümkündür: • DOLDURULAMAYAN PİLLER İçerisindeki kimyasal enerji tükendiğinde şarj edilemeyen pillerdir.

• DOLDURULABİLEN PİLLER İçerisindeki kimyasal enerji tükendiğinde şarj edilebilen pillerdir.

127

PİL KONUSUNDA DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR • Piller daima taze satın alınmalıdır.

• Gereksiz yere bol miktarda pil alıp saklanmamalıdır; çünkü zamanla bayatlar ve ömrü azalır.

• Saklanması gerekiyorsa, buzdolabı gibi soğuk ve serin yerlerde saklanmalıdır.

• Piller, devamlı güneş ışığı alan yerlerde tutulmamalıdır, soğuk ve karanlık yerlerde saklanmalıdır.

• Pillerin kutupları birbirine değdirilmemeli, kısa devre yaptırılmamalıdır. Aksi durumda pil ömrünü kaybeder.

• Uzun süre kullanılmayan cihazlardaki piller akarak cihaza zarar verebilir. Bu nedenle kullanılmayan cihazların pillerini çıkarmak ihmal edilmemelidir. Bir aleti pil takılı iken 30 gün çalıştırmıyorsak, pili aletin içinden çıkarmalıyız. Aksi durumda pil sızmasından ve pilin kendi kendine deşarjından dolayı alet zarar görür.

• Şarj edilmeyen piller ve özellikle de lityum türleri kesinlikle şarj işlemine tabi tutulmamalıdır. Aksi takdirde aşırı ısınma, şişme, gaz çıkışı, alevlenme ve hatta patlama görülebilir.

PİLİN ÇEVREYE ETKİSİ • Piller en pahalı enerji kaynakları arasında yer almaktadır.

• Ayrıca bünyesinde çok pahalı ürünler bulundurmaktadır.

• Hatta içeriğinde riskli kimyasallar vardır. Bu yüzden piller yutulduğunda tehlikeli ve ölümcül olabilirler.

• Artık çoğu bölgelerde, kullanılmış pillerdeki toksik maddelerin geri kazanımı için, geri dönüşüm merkezleri kurulmuştur.

• Çevreye atılan atık piller çevre kirliliğine sebep olur.

• Güneş ısısının etkisiyle atık pillerin patlama olasılığı 128

kaçınılmazdır. Patlama mekanik zarar doğurur. Bundan başka, patlama sonucu pilin içindeki kimyasal maddeler dışarı çıkar. Bu kimyasallar, insan sağlığı için risk unsuru taşır.

ATIK PİLLER NEREYE ATILMALI? • Ömürleri tükenen piller, diğer evsel atıklardan ayrı olarak atık pil kutularına atılmalıdır.

• Biriktirilen bu atık piller geçici depolama alanlarında depolandıktan sonra gerekli birimlerce ve gerekli yöntemlerle bertaraf edilmektedir.

• Atık piller yakılmamalıdır, denize atılmamalıdır ve toprağa gömülmemelidir.

ATIK PİLLERİN TOPLANMASI • Atık piller evsel atıklardan ayrı toplanmalıdır.

• Atık piller, pil ürünlerinin dağıtımını ve satışını yapan işletmeler veya belediyeler tarafından oluşturulan atık pil toplama noktalarına bırakılmalıdır.

• Atık piller, ekolojik sisteme uyum sağlayabilecek şekilde depolanmalı, toplanmalı, taşınmalıdır.

ATIK PİLİN BERTARAFI VEYA GERİ DÖNÜŞÜMÜ • Atık piller toplandıktan sonra toprak altında inşa edilmiş, geçirimsizlik koşulları sağlanmış, nemden arındırılmış, meteorolojik şartlardan korunmuş, kapalı, sızdırmaz ve su geçirmez özellikli depolama alanlarına gömülür veya geri kazanımı yapılır veya ihracat yoluyla muhtemel olumsuz çevresel etkileri giderilir.

129

CABİR BİN HAYYAN (721–805) • Paslanmayan çelik alaşımı elde etmiştir.

• Çeliklerde paslanmayı önlemiştir.

5. ÜNİTE: ÇEKİRDEK KİMYASI ÜNİTENİN BÖLÜM BAŞLIKLARI • • • •

1. Çekirdeğin Yapısı ve Kararlılık 2. Yapay Çekirdek Reaksiyonları, Fisyon ve Füzyon 3. Aktiflik, Radyoaktif Işınların Sayımı ve Sağlığa Etkisi 4. Radyoaktif Maddelerin Kullanım Alanları

1. ÇEKİRDEĞİN YAPISI VE KARARLILIK Maddenin en küçük parçası olan cüz–ü layetecezzada yoğun bir enerji vardır. Yunan bilginlerinin iddia ettiği gibi bunun parçalanamayacağı söylenemez. O da parçalanabilir.

Parçalanınca da öylesine bir enerji meydana gelir ki Bağdat’ın altını üstüne getirebilir. Bu, Allah’ın bir kudret nişanıdır.

Cabir bin HAYYAN* (721–805) 130

* Kimya ilminin babası, Türk bilim adamı, büyük dâhi, Harran Üniversitesi rektörü.

Madde, sonsuz denecek ölçüde parçalanabilir.

Nazzam* (792–845) * İslam âlimi, Basra’da doğdu, Basra’da yaşadı, hayatının son devresini Bağdat’ta geçirdi.

RADYOAKTİFLİK • Bazı atomların çekirdeklerindeki kararsız yapıdan dolayı kararlı hâle gelebilmek için atomların çekirdeklerinden enerji ve/veya parçacık fırlatması veya dönüşümler gerçekleştirmesine radyoaktiflik denir.

• n / p oranı 1,5’tan büyük veya eşit olan tanecikler ile n / p oranı 1’den küçük tanecikler radyoaktiftir.

• Atom numarası 83’ten büyük olan doğal elementler arasında radyoaktif olmayan element yoktur. 83Bi dâhil olmak üzere hepsi radyoaktiftir.

• Atom numarası 83’ten küçük olan elementler 82Pb dâhil olmak üzere kararlıdır. Kararlı elementlerin sentetik izotopları, kararsız (radyoaktif) olabilir.

• Radyoaktif taneciklerin çekirdeklerinden enerji veya parçacık fırlatmaları olayına ışıma denir.

IŞIMALAR • 1–Alfa ışıması: Atom çekirdeğinden 2 nötron ile 2 protonun beraber fırlatılmasıdır. Alfa ışıması yapan atomun atom numarası 2, kütle numarası 4 azalır.

• 2–Proton ışıması: Atom çekirdeğinden 1 protonun fırlatılmasıdır. Proton ışıması yapan atomun atom numarası 131

• • • • •

•

•

1, kütle numarası 1 azalır.

3–Nötron ışıması: Atom çekirdeğinden 1 nötronun fırlatılmasıdır. Nötron ışıması yapan atomun atom numarası değişmez, kütle numarası 1 azalır.

4–Beta ışıması: Atom çekirdeğindeki 1 nötronun; proton ve elektrona dönüşmesidir. Beta ışıması yapan atomun proton sayısı 1 artar, kütle numarası değişmez.

5–Pozitron ışıması: Atom çekirdeğindeki 1 protonun; nötron ve pozitrona dönüşmesidir. Pozitron ışıması yapan atomun proton sayısı 1 azalır, kütle numarası değişmez.

Beta ve pozitron ışımaları beta sembolüyle gösterilir. + işareti varsa pozitron, işaret yoksa veya – işareti varsa betadır.

Elektron yakalama: Bazı çekirdekler 1. yörüngelerinden elektron yakalayabilir. Bu yakalanan elektron, çekirdekteki bir protonu nötrona dönüştürür. Elektron, çekirdek tarafından yakalanınca, onun boşalttığı yer, daha yüksek enerji düzeyinden bir elektron tarafından doldurulur. Pozitron ışıması ile elektron yakalanmasında aynı olay gerçekleşir (protonun nötrona dönüşmesi). Elektron yakalamada çekirdekten fırlatılan bir parçacık yoktur.

6–Gama ışıması: Atom çekirdeğinden fazla enerjinin fırlatılmasıdır (enerji paketi). Genelde diğer ışımalarla beraber veya diğer ışımaların sonrasında gerçekleşir. Gama ışıması yapan atomun atom ve kütle numarası değişmez.

BOMBARDIMAN: Kararlı çekirdeklerin veya radyoaktif çekirdeklerin bazı parçacıklarla (alfa, beta, nötron gibi) çarpıştırılmasıdır.

YARI ÖMÜR (YARILANMA SÜRESİ) • Radyoaktif bir maddenin başlangıç kütlesinin yarısının ışımalarla bozunması için geçen süreye yarı ömür veya yarılanma süresi denir.

132

YARILANMA SÜRESİ MADDENİN SONRADAN VAR EDİLDİĞİNİ GÖSTERİR • Radyoaktif maddeler yarılanma sonucunda bitmediğine göre bir başlangıçları var demektir. Şayet madde ezelî olsaydı (maddenin başlangıcı olmasaydı) radyoaktif maddeler çoktan bitmiş olacaktı. Bitmediğine göre sonradan var edilmiştir. Öyleyse madde ezelî değildir.

YARI ÖMÜR VE MADDE–ENERJİ İLİŞKİSİ • Madde, kaç yarılanma geçirirse geçirsin belirli bir miktarı kalır. Örneğin; uranyum bozununca kripton, baryum, nötron ve enerji meydana gelir. Çıkan ışının kütlesi kadar madde enerjiye dönüşmüştür.

DOĞAL ATOMLARIN YARI ÖMRÜ ÇOK YÜKSEKTİR (RADYASYON TEDBİRLERİ) • Potasyum–40 ve karbon–14 izotoplarının yarı ömürleri, diğer atomlara göre çok azdır.

• Bu azlığa rağmen, örneğin; potasyum–40 atomunun yarı ömrü, insana zarar vermeyecek kadar uzundur. Potasyum– 40 atomlarının yarısının bozunması için 1,3 milyar yılın geçmesi gerekmektedir.

• İnsan vücudunda en çok bulunan radyoaktif izotoplar potasyum–40 ve karbon–14 izotoplarıdır. Diğer radyoaktif izotopların yarı ömrü de insana zarar vermeyecek kadar uzundur.

• Potasyum–40 atomlarının yarı ömrünün uzun olması sayesinde, bir hücre şayet yaşasaydı 200 senede ancak 1 kez potasyum–40 bozunmasıyla karşı karşıya kalacaktı.

• Bir hücre bu kadar uzun yaşamadığına göre, potasyum–40 133

bozunması ve izotopun yarılanmasından dolayı radyasyon yayılması söz konusu değildir.

KARARLILIK KUŞAĞI • Kabaca n / p oranı 1,5’tan büyük veya 1,5’a eşit olan tanecikler ile n / p oranı 1’den küçük tanecikler kararsızdır.

Bunun dışında kalanlar kararlıdır.

• Kararlı elementler; atom numarası 1 ile 82 arasındaki 82 elementtir.

• 82Pb’den sonraki elementler kararsızdır.

ÇEKİRDEĞİNDE NÜKLEON BAŞINA DÜŞEN BAĞLANMA ENERJİSİNİN EN YÜKSEK OLDUĞU ELEMENT: DEMİR • Demirin bağlanma enerjisi en yüksektir.

• Bağlanma enerjisinin en yüksek oluşu, ileride demir çekirdeği parçalanabilir anlamına gelebilir.

• Yerkürenin çekirdeğinde demir vardır.

• Çekirdekte ağaca ait özelliklerin tamamı bulunur.

• Günümüzde dünyada yaklaşık 90 doğal element tespit edilmiştir. Element sayısı 114’tür.

• Demir dünyanın çekirdeği olduğuna göre acaba demirde de dünyadaki doğal elementlerin bütünü var mıdır?

• Magma tabakasındaki yüksek sıcaklığın, demirin nükleer reaksiyonundan kaynaklandığı bilinmektedir. Bu yüksek sıcaklık, demiri eritmektedir.

• Demirde elementlerin çoğunun geçtiği bugün keşfedilmiştir.

• İşte bunlardan dolayı ileride demir çekirdeğinin parçalanarak çeşitli elementlerin elde edilebileceğini söyleyebiliriz.

RADYASYONU VÜCUTTAN ATMAK İÇİN: 134

KURŞUN • Kurşun geniş bir kapta eritilip insanın etrafında gezdirilir.

• Daha sonra suya dökülür.

• Suya döküldüğünde çıkan sesten sonra kurşun dağılmadıysa, külçe hâlinde kaldıysa radyasyon yoktur.

Saçma tanesi gibi dağıldıysa radyasyon var demektir.

• Aynı işleme, kurşun dağılmayıncaya kadar devam edilir.

RADYASYONU VÜCUTTAN ATMAK İÇİN GEREKLİ OLAN BAŞLICA İKİ GIDA • Kimyon • Limon

RADYOAKTİVİTEYLE İLGİLİ BAZI NOTLAR • 1– Radyoaktif olaylarda kütle enerjiye dönüşür.

• 2– Radyoaktif olaylarda toplam proton sayısı ve toplam nötron sayısı değişebilir. Ancak proton ve nötronların toplam sayısı (toplam nükleon sayısı) asla değişmez.

• 3– Herhangi bir dış müdahale olmaksızın kendiliğinden ışıma yapan tanecikler doğal radyoaktiftir.

• 4– Radyoaktif özellikler (ışıma, yarı ömür, fisyon vb.) sıcaklık, basınç, bileşik oluşturma gibi fiziksel veya kimyasal etkilerle değişmez.

• 5– Yarı ömür tüm atomlar için farklıdır.

• 6– Yarı ömür her bir atomun farklı izotopları için de farklıdır.

• 7– Yarı ömrü uzun olan atomlar, yarı ömrü kısa olanlara göre daha kararlıdır.

• 8– Yarılanma hızı birim zamanda bozulan madde miktarıdır.

Dolayısıyla hem madde miktarına hem de kütleye bağlıdır.

• 9– Genelde fisyon, füzyon ve bombardıman olayları çekirdek 135

tepkimesi olarak isimlendirilir. Işımalar ise bozunma olarak isimlendirilir.

ELEKTRONLARDAN ENERJİSİ DÜŞÜK OLAN MI YOKSA YÜKSEK OLAN MI HIZLI DÖNER? • 7 enerji düzeyi vardır. Çekirdeğe en yakın olan 1. enerji düzeyi, en uzak olan da 7. enerji düzeyidir.

• 1. enerji düzeyinden 7. enerji düzeyine doğru enerji düzeylerinin enerjisi fazlalaşır. 1. enerji düzeyinin enerjisi en az; 7. enerji düzeyinin enerjisi en çoktur.

• Çekirdeğe yakın elektronlar daha hızlı, çekirdeğe uzak elektronlar ise daha yavaş dönerler.

• Herhangi bir atomun üst enerji düzeyindeki elektronların enerjisi daha fazladır. Buna rağmen diğerlerine göre daha yavaş dönerler. Elektronun hızı ile enerji düzeyinin enerjisi ters orantılıdır; bu iki konu birbiriyle karıştırılmamalıdır.

• Kimyasal bağ, en üst düzeydeki elektronların bir kısmı ile meydana getirilir.

BAĞLANMA ENERJİSİ (NÜKLEER ENERJİ)

• Çekirdekteki nükleer enerjinin görevi, birbirlerini iten pozitif yüklü protonların bir arada durmalarını temin etmektir.

Bağlanma enerjisi denmesi, bu sebepledir.

• Einstein, çekirdekteki nükleer enerjiyi E=mc2 formülü ile açıklar. Formüldeki m maddenin kütlesi, c ışık hızı, E ise enerjidir.

• Hidrojen dışındaki bütün atomların, bir tartılan kütlesi bir de hesap edilen kütlesi vardır. Tartılan kütle, mutlak surette her zaman daha az çıkmaktadır. Bu azalan miktar kadar madde, daha ilk oluşumda, hidrojen hariç tüm atomların çekirdeğinde, enerjiye dönüşmüştür. İşte bu enerji, nükleer 136

enerjidir.

• Nükleer enerji, çekirdek reaksiyonları, radyoaktivite, radyoaktif atom, radyasyon, kararlılık kuşağı, kararsız atom gibi tabirleri konuyu iyi anlamak için bilmek gerekir.

Işın yayan atomlara radyoaktif atom, bu konuya da radyoaktivite denir.

Atomun çekirdeğinde pozitif yüklü protonlar bulunmaktadır.

Aynı yükler birbirini iter. Çekirdekte birden fazla proton bulunursa bunlar, pozitif yüklü, yani aynı yüklü oldukları için birbirlerini iterler.

Hidrojen hariç bütün atom çekirdeklerinde birden fazla proton bulunur. Çekirdekteki nötronlar, protonların birbirlerini itmelerini önleyerek bağlayıcı rol oynar.

Bu da protonlar, nötronsuz bir arada bulunamazlar demektir.

Bunun tersi de söz konusudur; nötronlar da her zaman protonlara muhtaçtır; çünkü onlar da tek başlarına kaldıkları zaman 13 dakikada yarısı bozulmaya uğrayarak proton ve elektron çıkartırlar.

Nötron = Proton + Elektron Atom çekirdeği büyüdükçe proton ve nötron sayısı eşit olarak değil, nötron sayısı daha fazla olacak şekilde artar.

Tabii her şeye rağmen bu artışın yine de bir sınırı ve ölçüsü vardır: Nötron sayısının proton sayısına oranı en az 1, en çok da 1,5 olmalıdır. Şayet nötron sayısının proton sayısına oranı bu ölçüyü geçmişse atom çekirdeği kararsız bir durum arz eder. Bu atomlara kararsız atom denir. Kararsız bir çekirdek de kendi içinde meydana gelen radyoaktivite ile kararlı hâle kavuşur. Çekirdeğinde 83 ve daha fazla proton bulunan elementler ne kadar çok nötrona sahip olurlarsa olsunlar kararsızdır. Bu kadar çok pozitif yük, atom çekirdeğinde devamlı tutulamaz. Çekirdek küçülerek kararlı bir duruma düşer.

En istikrarlı atom hidrojen, en istikrarsız atom ise uranyum atomudur.

Uranyum atomunun protonları, bulundukları yerde sürekli 137

gürültü ve infilaklara sebebiyet verir.

Onun için atom bombasında da temel unsurlardan biri olarak uranyum kullanılmaktadır.

Uranyumun atom numarası 92’dir. Proton sayısı da 92 olur.

Nötron sayısı ise 238–92=146 olur.

Alfa ışıması yapmak, helyum çekirdeği yaymak demektir.

Alfa ışıması yapan atomun atom numarası 2, kütle numarası 4 azalır.

238 U (Uranyum–238) atomu, bir alfa parçacığı neşrederek proton sayısını 92’den 90’a, nötron sayısını da 146’dan 144’e düşürür.

90 protona 144 nötron biraz fazladır.

Uranyum bu defa bir beta parçacığı neşreder.

Beta ışıması elektron yaymaktır. Beta ışıması yapan atomun atom numarası 1 artar, kütle numarası ise değişmez.

Neşredilen beta ışını sonucunda uranyum çekirdeği proton sayısını bir arttırır, nötron sayısını değiştirmez. Böylece proton sayısı 91 olur, nötron sayısı 144’te kalır. Beta bozunması sırasında çekirdekteki nötronlardan biri, proton ve elektrona parçalanmıştır.

Nötron → Proton + Elektron Proton sayısının her değişmesinde farklı bir element oluşur. Bir seri hâlinde bu iş devam eder gider. Nihayet uranyum atomu çekirdeği, 82 protonlu ve 124 nötronlu olan kararlı kurşun atomu çekirdeğine dönüşür.

Radyoaktif bozunma, yalnız nötron–proton dengesizliğinden (nötron sayısının proton sayısına oranının yüksekliğinden) kaynaklanmaz.

Bazen sadece proton sayısının yüksek oluşu da buna sebep olabilir (pozitron bozunması).

Pozitron, elektronun zıt ikizidir; kütlesi elektronun kütlesine eşittir; her şeyi elektronla aynı, sadece yükü farklıdır. Elektronun yükü –1, pozitronun yükü ise +1’dir. Pozitron bozunmasında; atom numarası 1 azalırken, kütle numarası değişmez. Çekirdekteki nötronlar, elektrik bakımından yüksüzdür. Yüksüz oldukları için bir madde içinde uzun yol alabilirler. Bu ağır 138

parçalar, ağırlıklarına göre süratlenirler. Hızları, ışık hızından saniyede birkaç km’ye kadar değişir. Nötronların bazıları çok ağırdır; bu ağırlıklarından dolayı öyle hız kazanabilirler ki, en kesif maddelerin bile bir tarafından girip öbür tarafından çıkabilirler.

Nötronlar bu süratle, 30 cm kalınlığındaki demir ve kurşundan bile geçebilir. Ancak atom çekirdeğiyle çarpışmalarında enerjilerini kaybederler.

Kuş havada ne kadar rahat uçuyor veya balık denizde ne kadar rahat yüzüyorsa, nötronlar da o hız sayesinde o kadar rahat hareket ederler.

Bu özellikleri taşıyan nötronlar, çekirdek içinde enerjilerini, protonları bir arada tutmak için kullanırlar.

Hidrojen hariç bütün atom çekirdeklerinde, mutlaka nükleer enerji bulunur. Hidrojen atomunun çekirdeğinde proton 1 adet olduğundan, hem nötrona hem de nükleer enerjiye ihtiyaç yoktur.

Einstein, çekirdekteki nükleer enerjiyi E=mc2 formülü ile açıklar.

Formüldeki m maddenin kütlesi, c ışık hızı, E ise enerjidir.

Nükleer reaksiyonlarda, atom numarası ve kütle numarası korunmaktadır; bu durum kütlenin korunduğu anlamına gelmez.

Nükleer reaksiyonlarda kütle kaybı olur.

Hidrojen dışındaki bütün atomların, bir tartılan kütlesi bir de hesap edilen kütlesi vardır. Tartılan kütle, mutlak surette her zaman daha az çıkmaktadır.

Bu azalan miktar kadar madde, daha ilk oluşumda, hidrojen hariç tüm atomların çekirdeğinde, enerjiye dönüşmüştür. İşte bu enerji, nükleer enerjidir.

Olay, saatin kurulup bırakılması gibi de değildir: Protonların birbirlerini itmemeleri için başlangıçta maddenin enerjiye dönüşmesiyle başlayan görevi, nötronlar her an sürdürmektedirler. Ayrıca var etme her an sürmektedir.

YALNIZ HİDROJEN ATOMUNUN 139

ÇEKİRDEĞİNDE NÖTRON BULUNMAMASININ SEBEBİ • Nötronun görevi; birden fazla protonu bulunan çekirdeklerde, protonların birbirlerini itmesini önlemektir.

• Hidrojen atomunun çekirdeğinde 1 tane proton bulunduğundan, böyle bir görev söz konusu değildir. Bu nedenle de hidrojen atomunun çekirdeğinde nötron yoktur.

PROTON VE NÖTRON SAYISI, HANGİ ATOM ÇEKİRDEKLERİNDE EŞİTTİR? • Atom numarası çift ve 20’ye kadar olan atomlarda, proton sayısı ile nötron sayısı birbirine eşittir.

NÖTRON SAYISININ; PROTON SAYISINA GÖRE DAHA FAZLA OLACAK ŞEKİLDE ARTMASININ, BELLİ BİR SINIR VE ÖLÇÜSÜ VAR MIDIR? • Atom numarası tek ve 20’ye kadar olan atomlarda nötron sayısı, proton sayısından bir fazladır. Atom numarası 20’den sonra, nötron sayısının gittikçe fazlalaşarak arttığı görülür. Bu artışın belli bir sınır ve ölçüsü vardır.

NÖTRON SAYISININ PROTON SAYISINA BÖLÜMÜ 1,5’U GEÇMİŞSE NASIL BİR DURUM ORTAYA ÇIKAR? • Atom numarası 20’nin üzerindeki atom çekirdeklerinde; 140

nötron sayısının, proton sayısına göre gittikçe daha fazlalaşarak artışı, belli bir sınır ve ölçüyü geçerse kararsızlık başlar.

ÇEKİRDEK KARARLILIĞIYLA ATOM KARARLILIĞI KARIŞTIRILMAMALIDIR • Çekirdek kararlılığı ile atom kararlılığı; farklı hususlardır.

• Atom kararlılığındaki ölçü, soy gaza benzemedir.

• Çekirdek kararlılığındaki ölçü ise, n/p oranının 1,5’tan küçük olmasıdır. Doğal elementlerde oran 1’den küçük olmaz.

ÇEKİRDEK KİMYASIBÖLÜMÜNDE KARARLI ELEMENT NE DEMEKTİR VE HANGİLERİDİR? • Kararlı element; ışın yaymayan ve bozunmayan elementtir.

• Nötron sayısının proton sayısına bölümünün 1,5’a kadar olduğu elementler kararlı elementlerdir.

• Bunlar; atom numarası 1 ile 82 arasındaki 82 elementtir.

1H’den başlar, 83Bi’ta son bulur. Sonuncu kararlı element 82Pb’dur.

KARARSIZ ELEMENTLER • Kütle numarası 206 olan 82Pb’dan sonraki elementler kararsızdır.

• n/p oranı arttıkça ve proton sayısı yükseldikçe atom çekirdeğindeki kararsızlığın arttığı görülür.

• Kararsız elementlerde n/p oranı 1,5’tan büyüktür.

• Kararsız doğal elementler 83Bi (bizmut), 84Po (polonyum), 85At (astatin), 86Rn (radon), 87Fr (fransiyum), 88Ra (radyum), 89Ac (aktinyum), 90Th (toryum), 91Pa (protaktinyum) ve kütle numarası 238 olan 92U (uranyum)’dur.

141

•

92

U’den sonraki elementler sentetiktir.

KARARSIZ ELEMENTLERE KARŞI NASIL BİR ÖNLEM ALINMIŞTIR? • Kararsız 10 atom; hem çevrelerine ışın yayar hem de çekirdeklerindeki enerjiyi dışarı verir. Böylece kararlı duruma geçerler (nükleer reaktörler). Bu elementlere radyoaktif element, bu olaya da radyoaktivite denir.

RADYOAKTİF BOZUNMA SERİLERİ • Uranyum, toryum ve aktinyum serisi olmak üzere 3 seri vardır. Her 3 seride de atom çekirdeği, bir seri değişim sonucunda 82 protonlu olan kararlı kurşun atomu çekirdeğine dönüşür.

• Her bir değişimde atomlar enerjisini dışarı verir. Enerjinin dışarı verilmesiyle atom kararlı hâle geçer. Zaten kararlı elementlerin sonuncusu kurşundur.

ATOM NUMARASI EN BÜYÜK KARARLI ELEMENT: KURŞUN Bazı kaynaklarda bizmut geçmektedir. Bizmut şu yönlerden olamaz: • Bizmutun n/p oranı 1,5’tan büyüktür.

• Kararsız atom çekirdekleri, bir seri değişim sonucunda 82 protonlu olan kararlı kurşun atomu çekirdeğine dönüşür.

Bizmutta karar kılınmaz, kurşunda karar kılınır.

• Kurşun radyoaktiviteyi alır, bizmut radyasyon yayar.

KARARSIZ ÇEKİRDEKLERDEKİ DÖNÜŞÜM 142

REAKSİYONLARI • Nötron → Proton + Elektron • Proton + Elektron → Nötron • Proton → Pozitron + Nötron • Pozitron + Nötron → Proton • Pozitron + Elektron → Gama ışını • Gama ışını → Pozitron + Elektron Denklemler formüllerle yazılırsa giren ve ürünlerin, atom ve kütle numaralarının eşit olduğu görülür.

NAZZAM’IN PARTİKÜL TEORİSİ İLE İLGİLİ 12– 13 ASIR ÖNCEKİ KEŞFİ • Atom teorisini ilk ortaya koyan Yunan bilginleri maddenin en küçük parçasının atom olduğunu söylerken bir İslam âlimi olan Nazzam, maddenin sonsuz denecek ölçüde parçalanabileceğini söylemiş ve günümüzün ilim adamlarından biri gibi konuşmuştur.

• Bugünün partikül teorisi perspektifinden atom altı parçacıklar düşünülerek bu meseleye bakıldığında Nazzam’ın 12–13 asır önce, çok derin şeyler söylemiş olduğu iddia edilebilir.

NAZZAM “MADDE, SONSUZ DENECEK ÖLÇÜDE PARÇALANABİLİR.” DEMEKLE NELERİ SÖYLEMİŞTİR? • 1. Atomun parçalanabileceğini belirtmiştir.

• 2. Atom altı parçacıklara işarette bulunmuştur.

• 3. Maddenin bir başlangıçtan itibaren var olduğunu ifade etmiştir.

• 4. Yarı ömürden söz ettiği düşünülebilir.

143

ESİR VE ENERJİ • Atomların yapı taşı birdir. Proton, nötron ve elektronun farklı adetlerinin bir araya gelmesiyle farklı atomlar ortaya çıkar.

Bunun gibi proton, nötron, elektron ve diğer atom altı parçacıklar da aynı yapı taşının farklı adetlerinin bir araya gelmesiyle ortaya çıkar. Buz ile su buharının birleşmesinden su oluşabilir. Bunun gibi atom içinde de birleşme, dönüşüm ve eşitlik gerektiğinde olur.

• Bu birleşme, dönüşüm ve eşitlikler çekirdek tepkimesidir. Bu durum bize hem esir maddesinin enerji ile ilgili olduğunu ispat eder. Hem de atomdaki taneciklerin yapı taşının aynı olduğu konusunda fikir verir.

• Bu birleşme, dönüşüm ve eşitliklerden bazıları şunlardır: Proton + Elektron → Nötron Nötron → Proton + Elektron • Esirde tabir caiz ise büyük bir enerji olduğu düşünülüyor.

• Kandiller bir zaman zeytinyağı ile yakılır. Sonra petrol ve elektrik enerjisi devreye girer. Petrolün devrinin bitmesi yakın görünüyor. Yer ve gök hazinelerinin üstündeki perdenin kalkacağı ve yeni enerji kaynaklarının açılacağı bir dönem beklenmektedir. O dönemin ulaşım vasıtaları temiz enerjiyle veya enerjiye bile lüzum görülmeden çalışacaktır.

KUARK ADIYLA BİLİNEN ATOM ALTI PARÇACIKLAR VE NÜKLEER KUVVET • Kuarklar; proton ve nötronları oluştururlar.

• Kuark adı verilen partiküller de çiftler hâlindedir: Yukarı kuark–aşağı kuark, üst kuark–alt kuark, tuhaf (garip) kuark– tılsım kuark.

• Kuarklar; hem elektromanyetik kuvvet, zayıf kuvvet ve nükleer kuvvetin ortaya çıkmasına sebeptir hem de bunların 144

etkilerini duyarlar.

• Kuarklar belki de esirdir.

MADDENİN ZIT EŞİ (ANTİ MADDE) VE ENERJİ

• Bildiğimiz atoma karşılık olarak çekirdeği negatif, elektronu pozitif (pozitron) olan atomlar da vardır. Bu atomlardan oluşan madde; maddenin zıt eşi veya anti madde olarak adlandırılır.

• Sebepler dünyasında her şeyin çift yaratılmış olmasını, anti madde ile evren bazında da görmüş oluyoruz.

• Madde, enerjinin yoğunlaşmış şekli olarak da tarif edilebilir ve tekrar enerjiye dönüşebilir.

• Fisyon ve füzyon reaksiyonlarında, kütlenin binde bir, on binde bir gibi çok küçük bir kısmı enerjiye dönüşür. Geri kalan kısmından ise başka element oluşur.

• Anti madde, kuantum mekaniğinin en sırlı konularındandır.

• Dünyada anti madde yoktur.

• Anti maddenin varlığı CERN’de tanecik hızlandırıcılarda ortaya konulmuştur. Atom altı parçacıkların ışık hızına yakın hızda parçalanmasıyla CERN’de çok küçük miktarda bir görünüp bir kaybolan anti madde ispatlanmıştır.

• Anti madde bazı yıldız sistemlerinde bulunmaktadır.

• Evren var edildiğinde, eşit miktarda madde ve anti maddenin yaratıldığı tahmin edilmektedir.

ANTİ MADDE NİÇİN BİR GÖRÜNÜP BİR KAYBOLUYORDU? (DÜNYADA ANTİ MADDE NEDEN YOKTUR?) 145

• Beta bozunmasında, nötron protona dönüşür ve dışarıya bir elektron ile bir anti nötrino denilen tanecik neşrolunur.

• Nötron → Proton + Elektron + Anti nötrino • Bazı nadir izotoplarda ise çift beta bozunması görülür.

• Çift beta bozunmasında, nötronların ikisi birden aynı anda bozunur. İki protona dönüşür. Bu esnada iki elektron ile iki anti nötrino yayılır.

• Çift beta bozunmasının farklı bir versiyonunda ise anti nötrino oluşmaz.

• Beta bozunmasında dışarıya bir anti nötrino neşredilir. Çift beta bozunmasında ise dışarıya iki anti nötrino neşredilir. Bu; bir nötronda bir anti nötrino bulunduğu anlamına gelir.

• 2Nötron → 2Proton + 2Elektron • Çift beta bozunmasının farklı versiyonunda oluşan anti nötrino çekirdekten dışarı çıkamadan, çekirdekteki bir başka nötron tarafından absorbe edilir. Bizim bunu gözlemimiz, anti nötrinonun bir görünüp bir kaybolması şeklinde olur. Buna, anti nötrinonun gizlenmesi de diyebiliriz. Dünyada anti maddenin olmayışı, anti maddenin gizlenmesinden dolayı olabilir. Şayet böyleyse; nötronun yapısında gizlenmiş anti nötrino maddenin temel parçacıkları arasında ayrı bir yer alacaktır.

• Anti madde, tanecikler arasında müstakil olarak mevcut değildir.

• Anti madde, evrenin başlangıcında yüksek sıcaklık şartlarında mevcuttu.

DÜNYADA NİÇİN ANTİ MADDE YOKTUR? • Anti madde ile madde birbirine temas ettiğinde her ikisi de büyük bir enerji açığa çıkararak ortadan kaybolurlar.

• Madde ile anti madde karşılaştığında; maddenin %100’ü enerjiye dönüşür. Bu, patlayan bir hidrojen bombasının 146

bıraktığının, 143 katı fazla enerji demektir.

• Şayet dünyada anti maddenin gizlenmesi olmasaydı, dünya olmayacaktı.

ELEKTRON İLE POZİTRON BİRBİRİNİN ANTİ MADDESİDİR • Elektron ve pozitron arasındaki temas neticesinde, 511000 elektron volt (eV) gibi enerjiye sahip gama ışınları meydana gelir.

• e elektron, V ise volt demektir. eV elektron volt olarak okunur.

Bazı kitaplarda elektro volt olarak geçmektedir. Doğrusu elektron volttur.

• Gama ışını, enerjisi en yüksek ışındır.

• Elektronun (madde) atom numarası –1, kütle atom numarası 0’dır. Pozitronun (anti madde) atom numarası +1, kütle atom numarası 0’dır.

• İkisini topladığımızda atom numarası da kütle atom numarası da 0 olan gama ışını oluşur ve enerji açığa çıkar.

KARANLIK ENERJİ VE KARANLIK MADDE • Bir görüşe göre de bilinmeyen % 96’nın; % 70’i karanlık enerji, % 20’si ise karanlık maddedir.

• Evrendeki maddenin sadece % 4’ünün ne olduğu bilinmektedir.

• Varlığın gözlemlediğimiz kısmı; bütününe göre çok azı, ufak bir parçasıdır.

FOTON (IŞIK PARÇACIĞI), GÜNEŞTEKİ ENERJİYİ DÜNYAYA TAŞIR

147

• Foton, evrenin en hızlı parçacığıdır. Kütlesiz ve elektrikçe yüksüzdür. Saniyede 300 milyon km yol alır.

• Fotonun görevi, güneşteki enerjiyi dünyaya taşımaktır.

• Elektromanyetizmanın taşıyıcısıdır.

• Elektrik yüklü parçacıklar üzerine etkir.

FOTON, GÜNEŞİN MERKEZİNDE VAR EDİLİR • İlk var edildiği yer, güneşin merkezidir. Güneşin merkezindeki sıcaklık 15 milyon °C’tır.

• Güneşin merkezinde var edilen her bir foton ilk başta yüksek enerjiye sahiptir.

• Fotonlar güneşin merkezindeki çarpışmalar sonucunda soğur. Böylece farklı özellikte, düşük enerjili birçok değişik foton meydana gelir.

• Güneşten çıkan foton, yaklaşık 8,5 dakikada dünyaya ulaşır.

• Foton çeşitlerinden zararlı olanları, dünyamıza ulaşamaz.

Ozon tabakası, bunları tutmakla görevlidir.

• Güneşte füzyon sonucu 4 adet hidrojen çekirdeğinden, 1 adet helyum çekirdeği oluşur ve 2 adet pozitron meydana gelir. Böylece her saniye 564 milyon ton H (hidrojen) elementi, He (helyum) elementine dönüşmüş olur.

• Bu dönüşüm esnasında güneş, her saniye kütlesinden E=mc2 formülüne göre 4 milyon ton kaybeder.

• Bu azalan kütle enerjiye dönüştürülür.

• Güneş enerjisi hâlinde dünyamıza gelir.

• Foton ve nötrinolar da böylece meydana gelir.

• Foton adı verilen parçacıklara da atom altı parçacık denebilir.

Fotonlar çeşitlidir.

NÖTRİNO VE ENERJİ

148

• Nötrino atom altı parçacıklardandır.

• Nötrino da; fotonlar gibi, güneşte, hidrojenin helyuma dönüşmesi anında, maddenin enerji karşılığı olarak meydana gelir.

ÇEKİRDEK KUVVETİ, GLUON (GULON) TARAFINDAN TAŞINIR • Atomun yapısında gluon adı verilen parçacık da belirlenmiştir.

• Şiddetli çekirdek kuvveti, gluon diye bilinen sekiz parçacık tarafından taşınır.

• Kütlesiz ve elektrik yüksüzdür.

• Elektromanyetik kuvvet ve zayıf kuvvete karşı duyarsızdır.

TAKYON (TACHYON) VE ENERJİ

• Takyon, Latincede “çok hızlı” demektir.

• Takyonlar ışıktan hızlı, kütlesi eksi, boyutları sıfırdan küçük olan atom altı parçacıklardır.

• Takyonların keşfi, enerjinin ışıktan hızlı gidebileceğini göstermiştir.

MADDE NAKLİ OLMASI İÇİN İZAFİYET (RÖLATİVİTE=GÖRELİLİK) TEORİSİNİNİN GEÇERLİLİĞİNİ YİTİRMESİ Mİ GEREKİR? • Cisimlerin hareket ettikleri yönde boylarından kaybedeceklerini ve ışık hızına erişince de yok olacaklarını belirtmiştik.

• Einstein’ın izafiyet teorisine göre ise, ışık hızına erişen bir 149

cismin kütlesi sonsuz oluyordu. Günümüzde böyle olmadığı ortaya çıkmıştır. Işık hızının aşılmasıyla, kütlenin sonsuz olmadığı ispat edilmiştir.

PROF. DR. PAUL DİRAC (1902–1984) VE UCUZ ENERJİ ÜRETİMİ • Prof. Dr. Paul Dirac, fizik profesörüdür.

• Prof. Dr. Paul Dirac, esir maddesinin kabul edilmesi sonucunda ilmî görüşlerde yeni değişiklikler olacağını ve ucuz enerji üretiminde faydalar elde edileceğini belirtmiştir.

• Prof. Dr. Paul Dirac, her yanı kaplayan ve hareket eden bir tanecik denizinden söz etmiştir.

• Prof. Dr. Paul Dirac, 1933'te Schrödinger ile beraber Nobel Fizik Ödülü almıştır.

DR. FRANK M. MENO (1934–…) VE ENERJİ • Pittsburgh Üniversitesi'nden Dr. Frank M. Meno adlı bilim adamının esir maddesiyle ilgili hipotezi vardır. Dr. Meno, esir üzerindeki çalışmalarına 1961 yılında başlamıştır. 1990 yılında Kanada'da "Physics Essays" isimli uluslararası bir dergide esirle ilgili yazısı yayımlanmıştır.

• Dr. Meno'nun teorisine göre; gyron (jayron) denilen atom altı parçacık esir maddesinin temelini teşkil eder. Gyron küresel değildir. İki ucu sivri ve ortası dar bir kalem şeklindedir.

Kâinatta her şey bu maddeden ve bu maddenin dinamiğinden ibarettir. Bir adet atomda yaklaşık 1020 gyron vardır. Dolayısıyla evrenin en küçük parçacığı gyrondur. Dr. Meno‘ya göre; esirin uygulama alanları ileride; telepati, düşünce akışı, iletişim, enerji kontrolü, tıbbi tedavi gibi alanlar olacaktır.

150

ESİRLE İLGİLİ KEŞİF VE BULUŞLAR, ENERJİ PROBLEMİNİN ÇÖZÜLMESİNDE YENİLİK GETİRECEKTİR • Kimyacılar ve fizikçiler esir maddesine özel bir önem vermelidirler. Esirle ilgili keşif ve buluşlar, enerji probleminin çözülmesinde yenilik getirecektir.

• Yerlerin ve göklerin insanlık için bütün hazinelerini açması belki de bu yolla olacaktır...

SENTETİK RADYOAKTİF İZOTOPLARIN KULLANIMI • Sentetik izotoplar, radyoaktiftir. Belirli bir dozajı geçerse, kansere sebep olur.

• Radyoaktif olan 60Co sentetik izotopu, ambalajlı gıdaların ışınlanmasında kullanılır. Işınlamadaki radyoaktif madde belirli bir limiti geçerse, alet otomatik olarak durur. Bu amaçla eskiden 60Cs de kullanılırdı, kanser riski fazla olduğundan artık kullanılmamaktadır.

• Radyoaktif olan 14C sentetik izotopu eskiden, ağaçların ve fosillerin yaşının tayininde kullanılırdı. Bulunan sonuçların yanlış olduğu belirlendiğinden günümüzde terk edilmiştir.

Güvenilir bir metot olmadığı açığa çıkmıştır.

• 99Tc, 201Tl, 67Ga, 111In, 123I sentetik izotopları da radyoaktiftir ve sintigrafi çekimlerinde kullanılır.

• 131I ve 60Co sentetik izotopları da radyoaktiftir, kanser tedavisinde kullanılır.

• “Sentetik izotoplar bilimde hiçbir şekilde ve hiçbir alanda kullanılmamalıdır.” diyen ilim adamları çoktur.

• “Kanserden öldü.” denilen hastaların çoğu kanserden değil, kanser ilaçlarının yan etkisinden ölmektedir.

• Sentetik izotop vb. ilaçlarla son derece riskli olan kanser 151

tedavi yolları denenmektedir. Gelecekte bir kısım antikorların üretilmesiyle kanser tedavisinde daha başarılı olunacaktır.

• Radyoaktif sentetik izotopların ve radyoaktif ışınların kansere karşı kullanımı önümüzdeki günlerde terk edilecektir. Böylece hastalar günümüzün kanser ilaçlarının ölümcül bile olabilen yan etkisinden kurtulacak ve zarar görmeyeceklerdir. Kanser hastalığı, insanlığın korkulu rüyası olmaktan çıkacaktır.

2. YAPAY ÇEKİRDEK REAKSİYONLARI, FİSYON VE FÜZYON FİSYON (BÖLÜNME, PARÇALANMA) • Büyük kütleli çekirdeklerin; genelde birbirine yakın kütledeki iki çekirdeğe ayrışmasıdır. Bu olayda çok büyük enerji açığa çıkar. Nükleer santrallerde bu reaksiyonlarla enerji üretilir.

Atom bombasında açığa çıkan enerji de, kontrolsüz fisyon sonucundadır.

• Bir atom çekirdeğine bir nötron taneciğinin çarpmasıyla kararsız iki atom çekirdeği oluşur. Bu arada üç tane nötron ve enerji açığa çıkar. Açığa çıkan nötronlardan her biri başka bir çekirdeğe çarparak yeni kararsız çekirdeklerin oluşmasına ve yeni nötronlarla enerjinin açığa çıkmasına sebep olur.

• Bu olay zincirleme devam eder. Fisyonla açığa çıkan bu enerji, nükleer reaktörlerin ve atom bombasının temelini oluşturur.

FÜZYON (BİRLEŞME) 152

• Küçük kütleli çekirdeklerin birleşerek büyük kütlede çekirdeğe dönüşmesidir. Bu olayda fisyondan çok daha büyük enerji açığa çıkar. Güneş’teki enerji, füzyon ile ortaya çıkar. Hidrojen bombasında açığa çıkan enerji de, kontrolsüz füzyon reaksiyonu neticesindedir.

FİSYON VE FÜZYON OLAYLARINDA KULLANILAN MADDENİN NE KADARI ENERJİYE DÖNÜŞÜR? • Fisyon ve füzyon reaksiyonları, kütlenin binde bir, on binde bir gibi çok küçük kesirlerinin enerjiye dönüşmesi demektir.

Geri kalan kısmı başka elemente dönüşür.

FÜZYON NİÇİN GERÇEKLEŞTİRİLEMEZ? • Füzyon, güneşte 15 milyon °C’ta gerçekleşir.

• Füzyon için dünyada 100 milyon °C’lık sıcaklık gerekir; çünkü dünyadaki basınç güneştekinden daha düşüktür.

• Bu sıcaklığa erişilebilmesi mümkün değildir.

ATOM BOMBASININ BULUNDUĞU ÜLKELER • • • • • • • • •

PAKİSTAN HİNDİSTAN ÇİN TÜRKİYE AMERİKA İSRAİL KAZAKİSTAN FRANSA İNGİLTERE 153

• LİBYA* • KUZEY KORE** • GÜNEY AFRİKA*** * 1993 yılında nükleer silah programına son verdiğini açıkladı. ** Şubat 2005’te atom bombasının olduğunu açıkladı. Haziran 2008’de de atom bombası kulelerini yıktığını dünya kamuoyuna televizyon ekranlarından gösterdi. *** 1990’da nükleer silah reaktörünü söktüğünü açıkladı, İsrail ile beraberdi.

GÜNEŞTE HER SANİYE 4 MİLYON TON MADDE NÜKLEER ENERJİYE DÖNÜŞÜR • Güneşte her saniye 564 milyon ton H (hidrojen) elementi, He (helyum) elementine dönüşür.

• Bu esnada güneş, her saniye kütlesinden E=mc2 formülüne göre 4 milyon ton kaybeder.

• Madde, nükleer enerjiye dönüşmüş olur. Güneş enerjisi hâlinde dünyamıza gelir.

• Bu nükleer enerji, güneşteki füzyondur. Çekirdek birleşmesi veya çekirdek kaynaşması da denir.

• Belli bir zaman sonra güneşteki hidrojenin tamamı helyum hâline dönüşecektir. Güneş soğuyarak ölecektir. Bu da dünyadaki hayatın sonu olacaktır.

• Her an güneşte yeni bir keyfiyet meydana gelmektedir. Var etmenin her an olduğu güneşte apaçık görülmektedir.

URANYUM ELEMENTİNDEN AÇIĞA ÇIKAN NÜKLEER ENERJİ MİKTARININ HESAPLANMASI (İLİMLERİN ORTAYA ÇIKIŞI) • Uranyumun yakıt olarak kullanıldığı bir fisyon olayında 154

cereyan eden kanunlardan örnek verelim: Şayet bu kanunlar konulmasaydı ilimler meydana gelemeyecekti.

• Çok küçük bir zaman diliminde ne kadar zincirleme reaksiyon olacağı ve ne kadar enerji açığa çıkacağı bellidir. Böyle bir prensip olmasaydı ne atom bombasından ne de nükleer santrallerden söz edilebilirdi. İşte bu ve benzeri sabit kanunlar sayesindedir ki fiziğin, kimyanın, astronominin sabit birer hakikat olduğundan bahsedilebilmekte ve onlarla sabit sonuçlara varılabilmektedir.

• Her konu gibi bu da icraata perde olmuştur. Zamana tabi olmadan kısa bir zamanda da olabilirdi. Ancak sebepler dairesinde şu kadar güce sahip olan ve şu kadar bir kuvvetle merkez tarafından çekilen ve şu kadar merkezkaç durumu olan, şu kadar hidrojen atomu, şu kadar helyuma dönecektir şeklinde bazı prensipler hayatın devamı ve ilimlerin ortaya çıkması için konmuştur.

ÇEKİRDEĞİNDE NÜKLEER ENERJİ BULUNMAYAN TEK ELEMENT OLMASINA RAĞMEN EN BÜYÜK ENERJİ KAYNAĞI: HİDROJEN (H2) PERİYODİK CETVELİN İLK ELEMENTİ OLAN HİDROJENE BENZEMEK (KENDİNİ SIFIRLAMAK) • Atomlardan yalnız hidrojen atomunun çekirdeğinde nükleer enerji (bağlanma enerjisi) yoktur. Buna rağmen bütün enerjilerin kaynağı olmuştur.

• Hidrojen hariç diğer bütün atomların çekirdeklerinde nükleer 155

• • •

• •

enerji vardır.

Bu enerji, nükleer isminden de anlaşılacağı gibi çok büyük bir enerjidir. Maddenin enerji karşılığıdır, çekirdekte saklıdır.

Atom bombası veya nükleer santrallerde açığa çıkan enerji, çekirdekte saklı olan bu enerjinin dışarı çıkmasıdır.

Hidrojen atomunun çekirdeğinde yalnız bir adet proton olduğundan, protonların birbirini itmesi diye bir şey söz konusu olmadığından, böyle saklı bir nükleer enerjinin çekirdekte bulunması gereksiz bir iş olacaktı.

Zaten abes ve hikmetsizliğin çekirdeğin içine girmesi düşünülemezdi.

Bu nedenle de hidrojen atomunun çekirdeğinde nükleer enerji yoktur.

• SORU: O hâlde güneşte hidrojenin helyuma dönüşmesinde açığa çıkan enerji, çekirdekte enerji bulunmadığına göre nereden çıkmaktadır?

• CEVAP: Bu enerji, maddenin enerjiye her an dönüştürülmesiyle anında açığa çıkan enerjidir. Biz de hidrojen atomunu örnek alıp, kendimizi sıfırlayıp, etrafımıza enerji kaynağı olmalıyız. Yok, yoksa var olur.

EN KÜÇÜK ATOM: Hidrojen EN BÜYÜK ATOM: Uranyum EN İSTİKRARLI (KARARLI) ATOM: Hidrojen EN İSTİKRARSIZ (KARARSIZ) ATOM: Uranyum HİDROJENİN ENERJİSİ (FÜZYON), URANYUMUN ENERJİSİNDEN (FİSYON) 156

DAHA FAZLADIR. FÜZYON GÜNEŞTEDİR, FİSYON İSE NÜKLEER SANTRAL, NÜKLEER LABORATUVAR VEYA ATOM BOMBASINDADIR.

3. AKTİFLİK, RADYOAKTİF IŞINLARIN SAYIMI VE SAĞLIĞA ETKİSİ DOĞAL RADYOAKTİF ELEMENTLERİN ZARARI VAR MIDIR? • Her elementin izotoplarının yüzde oranları bellidir. Bu oran, dünyanın her yerindeki her bir parça aynı element için değişmez.

• Doğada bulunan bu elementlerin radyoaktif izotoplarının etrafı radyoaktif olmayan izotoplarla sarılıdır. Bu sebeple insana zarar vermezler.

• 238U atomları, 235U ile sarılıdır.

FEN VE TEKNİK BERABERİNDE, İNSANLIĞI DÜŞÜNME İLE KALP VE VİCDAN DUYARLILIĞINI DA GETİRMELİDİR • Einstein, atom çekirdeğindeki saklı nükleer enerjiyi enerji ihtiyacını karşılamada kullanmayı düşünürken, atomu bir 157

• •

•

• • • • • • • •

canavara kaptırdığını ancak Hiroşima ve Nagazaki’nin yerle bir olmasından sonra anlayabilmiştir. Ağlayarak Japonyalı bilgin dostundan özür dilemiştir.

Bu özür çok geç kalmış ve iş işten geçtikten sonraki bir özürdür.

Nükleer enerjinin, enerji ihtiyacımızın giderilmesi, aydınlatma, ısıtma, çeşitli araçların ve fabrikaların çalıştırılması vb. yerlerde kullanılınca yararlı olacağı malumdur. Ancak nükleer enerji; sorumsuz ve acımasız düşünce sahibi bir kısım Batılı elinde akıl ve vicdanın kontrolünden çıkınca, insanlığın yararına olmamış, zararına olmuştur.

1945 yılında Hiroşima ve Nagazaki’ye atılan atom bombası, büyük bir alanı senelerce yaşanmaz hâle getirmiştir.

Japonya’da dev şehirlerin yerle bir olmasına, 80 000’i anında olmak üzere 300 000’den fazla insanın ölümüne sebep olmuştur. Atom bombasının zararlı radyoaktif etkileri hâlâ devam etmektedir.

Günümüzde de tehdit unsuru ve tedbir unsuru olarak değişik ellerde tutulmaktadır. İnsanın bir görevi de; maddeye hükmetmektir, atom çekirdeğindeki nükleer enerjinin ne için var edildiğini idrak etmektir. İnsanın keşfettiği nükleer enerji; atom çekirdeğinde saklı bulunan ve var olan bir nükleer enerjidir. Çernobil faciasının; bizi nükleer enerjiden vazgeçirmek için bir tertip olduğu, kasten meydana getirildiği, suikast olması ihtimali vardır. Bu yüzden, uyanık olmalıdır. Şayia, aldatmaca ve maksatlı olan nükleer kaza riski ile atom bombasından korkup, nükleer enerjiden vazgeçmemelidir.

Korkulacak konu; uyuşukluk ve tembellik yapıp nükleer santral ve nükleer laboratuvar kurmamaktır.

Atılan atom bombasının tahribatı ve Çernobil’deki nükleer kaza gibi nükleer enerjinin bir kısım zararları, bizi nükleer enerjiden vazgeçirmemelidir. Çernobil, dışa sızandır. Duyurulmayan başka sızmalar da 158

•

• • •

olmuştur.

Fayda–zarar analizi yapıldığında işin doğrusu; insanın, nükleer enerjiyi genel olarak ele alması ve ortaya çıkan olumsuz durumlardan başta kendini, sonra da atom çekirdeğinde saklı bulunan nükleer enerjiyi suiistimal edenleri kınamasıdır.

Bu nedenle, bilimsel çalışmalarımızı hızlandırarak bir an önce ve zamanı gelince toryum reaktörünü kurmalıyız.

Bu bakımdan insan unsurunun iyi eğitilmesi gerekir.

Akıl ve düşünce prensipleri üzerine oturtulan fen ve teknik, insanlığı düşünme ile kalp ve vicdan duyarlılığını da beraberinde getirebilmelidir.

1 MART 1954 GÜNÜ BİKİNİ ATALÜ ÜZERİNDE PATLATILAN HİDROJEN BOMBASI • 1 döteryum atomu çekirdeği ile 1 trityum atomu çekirdeği birleştirilmiştir. 1 helyum atomu çekirdeği meydana gelmiştir.

Bu arada 1 nötron ve enerji açığa çıkmıştır.

• Birleşme için gerekli olan 15 milyon °C’lık sıcaklık 235U izotopunun fisyonundan sağlanmıştır.

ATOM HARBİNİN MORFİNLE ÖNLENMESİ • Morfin, atom şokundan olan ölümü önler.

• Amerika, Türkiye’deki alkaloit fabrikalarını senelerce bloke etmiş ve morfin stoklamıştır.

NÜKLEER SANTRAL ATIKLARI • Yanmış yakıt, 10 sene yüksek sıcaklık ve basınca dayanıklı havuzda muhafaza edilir. Bu suretle radyoaktivitenin % 99’u

159

ölmüş olur.

• Kalan % 1’i plütonyumdur. Plütonyumun yarı ömrü 24 000 yıldır. Yenilse bile zararı olmaz. Plütonyum çeşitli şekillerde değerlendirilebilir veya depolanabilir.

• Plütonyum atığı, tekrar yakıt olarak kullanılabiliyor; yapay elementtir.

SOĞUTMA SUYU NEDENİYLE NÜKLEER ENERJİYE KARŞI ÇIKMAK DOĞRU MUDUR? • Entropi kanunu öğretisi; açığa çıkan enerjiyi değerlendirmeyi, en faydalı hâlde muhafaza etmeyi ve israf etmemeyi gerekli kılmaktadır. Bu doğrudur.

• İtiraz edenler; su buharının, suya dönüştürülmesi esnasında kaybolan enerjiye itiraz etmektedirler.

• Bu ise (soğutma suyu nedeniyle kaybolan enerji) ihmal edilebilir boyuttadır.

• Bu nedenle, bu konuyu bahane ederek nükleer enerjiye karşı çıkmak yersizdir.

• Temennimiz ileride bu israfın da önüne geçilmesidir.

NÜKLEER SANTRALİN ÇEVREYE ZARARI YOKTUR • Evde veya iş yerinde otururken bile bir nükleer santralin çevreye yaydığı radyasyondan 460–470 misli daha fazla radyasyona maruz kalınır. Reaktörün yanı başına oturulsa dahi bu kadar radyasyon olmaz.

• Dünyanın her tarafında uranyum vardır.

• Uranyum zamanla bozunup radona dönüşür veya başka bir element uranyuma dönüşür. Radon gazı her yerden geçer.

Sürekli etki hâlindeyiz. Bunlar doğal ve faydalı olaylardır.

160

• Kozmik ışınlarla gelen radyasyon, nükleer reaktörle gelenden 120 kat daha fazladır.

• Nükleer santraller, kaza durumunda ısınınca kendi kendini kapatıp zincirleme reaksiyonu kapatacak şekilde tasarlanmıştır.

• Soğutma suyu nedeniyle kaybolan enerji ve dünyanın ısı dengesinin bozulması abartıdır ve ihmal edilebilir boyuttadır.

• Nükleer kaza riski ve çevreye zarar konusu ve iddiaları ya kasıtlıdır ya da cahilliğe bağlı abartılardır.

• Bu konuları bahane ederek nükleer enerjiye karşı çıkmak bu nedenlerle yersizdir.

NÜKLEER ENERJİYE KİMLER KARŞI ÇIKIYOR? • Nükleer enerjiye karşı olanlar ya nükleer enerji sorunsalını bilmeyenlerdir ya da ajanlardır.

• Çoğunluğu iyi niyetli, dürüst ve idealist insanlardan oluşan bazı kişiler çevreye zarar zannıyla nükleer enerjiye karşıdırlar. Bunlar nükleer enerjiyi araştırdıklarında, cahilliklerinden karşı çıkmış olduklarını anlarlar.

• Nükleer enerjiye karşı çıkanların içlerinde azınlık da olsa dünyayı yöneten petrol lobisinin içimizdeki ajanları ile Türkiye’nin birinci sınıf devlet olmasını istemeyen çevrelerin ajanları vardır.

• Nükleer enerjiye karşı çıkma işi genelde çevre koruması adı altında gerçekleştirilmektedir. Çevre koruma kuruluşlarının içlerine de az da olsa ajanlar girmiştir.

4. RADYOAKTİF 161

MADDELERİN KULLANIM ALANLARI ZENGİNLEŞTİRİLMİŞ URANYUM • Uranyumun 235U ve 238U olmak üzere iki izotopu vardır.

• Uranyum bileşiklerinde doğal olarak 235U izotopu % 0,7 oranında bulunur. 238U izotopu ise % 99,3 oranında bulunur.

• Nükleer enerji elde edilmesinde uranyum bileşikleri yakıt olarak kullanılır.

• Önce zenginleştirme işlemi yapılmalıdır.

• Nükleer enerji 235U’ten elde edilir.

• Zenginleştirme; uranyum bileşiklerindeki % 0,7 olan 235U izotopu oranının arttırılmasıdır.

• Uranyumun nükleer santrallerde yakıt olarak kullanılabilmesi için, zenginleştirme oranı; % 2 – % 5 arasında olmalıdır.

• Nükleer araştırma laboratuvarlarında % 80 oranında zenginleştirme olmalıdır.

• Atom bombasında zenginleştirme % 90 oranında olur.

DOĞAL URANYUM BİLEŞİKLERİ • • • • • • • •

U3O8 (UO2+2U3O8) UCl4 UF6 UCl6 KUF5 UO2 UO3 UF5

162

NÜKLEER ENERJİ SANTRALİNİN KISIMLARI Nükleer reaktörlerde başlıca dört büyük bölüm vardır.

• Fisyon reaktörü • Su kazanı • Buhar türbini • Jeneratör

FİSYON REAKTÖRÜNÜN KISIMLARI Fisyon reaktörü, başlıca dört kısımdan meydana gelir.

• Reaktörün kalbi • Nötron yavaşlatıcı • Soğutucu • Kontrol çubukları

ATOM BOMBASINDAKİ FÜSYON İLE NÜKLEER REAKTÖRDEKİ FİSYONUN FARKI • Atom bombasında fisyon maddeleri küçük bir hacim içinde toplanmıştır ve fisyon tepkimesi aniden, patlamayla, yıkım gücü yüksek ve kontrolsüz olarak gerçekleşir.

• Nükleer reaktörde ise fisyon tepkimesinin hızı yavaşlatılmıştır. Böylece kontrollü bir şekilde nükleer enerji elde edilmiş olur.

NÜKLEER REAKTÖRÜN ÇALIŞMA PRENSİBİ • • • • •

Yavaşlatılmış ve kontrollü fisyon tepkimesiyle ısı açığa çıkar.

Açığa çıkan ısı, suyu buharlaştırır.

Su buharı, buhar türbinini çevirir.

Buhar türbini, jeneratörü çalıştırır.

Jeneratörde de, elektrik enerjisi üretilir.

163

NÜKLEER SANTRAL • 31 ülkede 449 nükleer santral işletiliyor. 28 nükleer santral hâlen inşa edilmektedir.

• Amerika’da 104, Fransa’da 59, Japonya’da 55 reaktör vardır.

• Dünya elektrik talebinin % 16’sı nükleer santrallerden karşılanıyor.

• Nükleer santrallerin % 95’i gelişmiş ülkelerdedir.

TORYUM • Günümüzdeki nükleer santrallerin tamamı uranyum yakıtıyla çalışmaktadır. Önümüzdeki yıllarda nükleer reaktörlerin yakıtının toryum olması için çalışmalar sürmektedir. Bu konuda sona yaklaşılmıştır. Toryum madeni Türkiye için stratejik öneme sahiptir, ülkemizi ilerilere götürecek bir kaynaktır.

TORYUM VE REAKTÖRÜ • Dünyada bulunan 1 071 000 ton toryumun 789 000 tonu Türkiye’dedir. Bu miktar, dünya rezervinin yaklaşık % 80’ine karşılık gelmektedir.

• Toryumun nükleer yakıt olarak kullanıldığı nükleer santral, henüz dünyada yoktur. Toryuma dayalı nükleer santrallerin kurulma çalışmaları, deneme safhasındadır. Dünyada deneyler devam etmektedir.

• ABD, Fransa ve Japonya’da devam eden bu çalışmalarda Türk mühendisler de bulunmaktadır.

• Toryumun nükleer yakıt olarak kullanılması, CERN’deki atom hızlandırma çalışmalarıyla da ilgilidir. 2007 yılında Isparta’daki uçak kazasında vefat eden rahmetli Engin Arık’ın 164

• • • • • • •

CERN’deki atom hızlandırma çalışmalarına katılmasının sebebi toryumun nükleer yakıt olarak kullanılması içindi.

Toryum kaynaklı yeni nesil santral kurulması çalışmaları Türkiye’de ekip hâlinde hızla sürdürülmektedir. Isparta’daki uçak kazasında 6 ekip üyesinin vefat etmesine rağmen çalışmalar durmamış, ilerlemiştir. Isparta’daki toryum toplantısına giderken uçak kazasında vefat eden öğretim üyeleri, Boğaziçi ve Doğuş Üniversitesi’ndeki toryum çalışması yapan öğretim üyeleriydi. Ülkemizdeki toryum madeni kaynakları Eskişehir–Sivrihisar– Beylikahır–Kızılcaören köyünde ve Malatya’da Hekimhan– Kulancak’tadır.

Toryumun, ileride uranyumun yerini alacağına kesin bir gözle bakılmaktadır.

Toryuma, kısaca tor da denmektedir.

Toryum santralleri işletilmeğe başlanırsa, Çernobil’in benzeri kasıtlı patlatma tehlikesi olmayacaktır.

Kasten meydana getirilen patlama anında bile, reaktörün fişi çekilecek, her türlü işlem duracak; bu suretle de hiçbir tehlike yaşanmayacaktır.

Toryum, yerli ham madde olmasından ötürü de çok önemlidir.

Nükleer santral kurulduğunda, dışa bağımlılık olmayacaktır.

Elimizdeki toryumun kıymetini bilmeliyiz. Gerçek değerinden düşük fiyata zamanından önce satmamalıyız. Toryumla çalışan reaktörler devreye girdiğinde değerinin artacağını unutmamalıyız.

NÜKLEER REAKTÖRLERİN BULUNDUĞU ÜLKELER VE REAKTÖR SAYILARI • • • •

ABD 104 ALMANYA 18 ARJANTİN 2 BELÇİKA 7 165

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

BREZİLYA 2 BULGARİSTAN 4 ÇEK CUMHURİYETİ 6 ÇİN 10 ERMENİSTAN 1 FİNLANDİYA 4 FRANSA 59 GÜNEY AFRİKA 2 GÜNEY KORE 20 HİNDİSTAN 16 HOLLANDA 1 İNGİLTERE 23 İSPANYA 9 İSVEÇ 11 İSVİÇRE 5 JAPONYA 55 KANADA 18 LİTVANYA 1 MACARİSTAN 4 MEKSİKA 2 PAKİSTAN 2 ROMANYA 2 RUSYA 31 SLOVAKYA 6 SLOVENYA 1 TAYVAN 6 UKRAYNA 15

TÜRKİYE’DE NÜKLEER SANTRAL İNŞA EDİLECEK • Türkiye’de ilk nükleer santralin Mersin Akkuyu’da inşası planlanmıştır. 2015 yılında elektrik üretecektir.

• İkinci nükleer santralin inşası da Sinop İnceburun’da 166

planlanmıştır.

NÜKLEER SANTRALLER NEREDE İNŞA EDİLMELİDİR? • Nükleer santraller inşa edilirken “soğutma suyu” ihtiyacı yüzünden deniz kenarı, göl kenarı veya nehir kenarına kurulma mecburiyeti vardır.

Geiger (Gayger) Sayacı, Elektroskop • Radyoaktif maddeler geiger (gayger) sayacı ile tespit edilir.

• Radyoaktif maddelerin aktivitesi elektroskop ile ölçülür.

Uluslararası Atom Enerji Ajansı (UAEA) • İngilizcesi “International Atomic Energy Agency” olup “IAEA” kısaltmasıyla gösterilmektedir.

• Nükleer enerjinin barışçıl amaçlarla kullanılmasını ve planlanmasını sağlamak, nükleer güvenlik için gerekli standartları hazırlamak amacıyla 1957 yılında kurulmuştur.

• 2005 Nobel Barış Ödülü, Uluslararası Atom Enerji Ajansı (UAEA)’nın Mısırlı başkanı Muhammed El Baradey'e verilmiştir.

• Merkezi Avusturya’nın başkenti Viyana’dadır.

• Birleşmiş Milletler bünyesinde faaliyet göstermektedir.

TÜRKİYE ATOM ENERJİSİ KURUMU (TAEK) • Türkiye'de nükleer ve radyasyon güvenliğinden sorumludur.

• 1956 yılında Ankara’da nükleer faaliyetler yapma yetkisiyle kurulmuştur.

• Doğrudan Başbakan’a bağlı olan bir devlet kuruluşudur.

167

• Nükleer enerjiyle ilgili araştırma, düzenleme, denetleme ve çalışma yapar.

• Çekmece nükleer araştırma ve eğitim merkezi, Türkiye Atom Enerjisi Kurumu'na bağlı olarak İstanbul'da Küçükçekmece gölü kıyısında kurulan nükleer araştırma merkezidir. Kısaca ÇNAEM olarak adlandırılan bu merkez 1962 yılında kurulmuştur.

• Çekmece’de bulunan nükleer yakıt pilot tesisi ve iki adet araştırma reaktörü günümüzde atıl durumdadır.

• Geçmiş yıllarda Çekmece’de tıp ve endüstride kullanılmak üzere radyoaktif sentetik izotop üretilmiştir. Ayrıca uranyum yakıtı ile ilgili test mahiyetinde araştırma çalışmaları yapılmıştır.

• TAEK Başkanı, Okay Çakıroğlu’dur.

• Türkiye Atom Enerjisi Kurumu’nun geçmiş yıllardaki Başkanı Ahmet Yüksel Özemre (1935–2008) nükleer enerji konusunda dünya çapında önemli bir isimdir. Profesör Doktor Ahmet Yüksel Özemre’nin “Çernobil Komplosu” adlı kitabı meşhurdur.

• ABD’nin Küresel Nükleer Enerji Ortaklığı (Global Nuclear Energy Partnership – GNEP) projesi kapsamında ABD ve Türkiye beraber çalışmaktadır.

NÜKLEER ENERJİ POLİTİKAMIZ • Türkiye’deki uranyum ve toryum rezervlerinin uluslararası tröstlerce ele geçirilmeye çalışılabileceği unutulmamalıdır.

Nükleer santral inşa etmeye talipmiş gibi gözüken yerli firmalardan bazılarının da yabancıların taşeronu olabileceği göz ardı edilmemelidir. Yakın geçmişimizde, bor madeninde bu durumlar yaşanmıştır.

• Belki de bu tür ayak oyunlarından dolayı nükleer reaktör inşası gecikiyordur.

• Uranyum ve toryum devlet tarafından çıkartılmalıdır ve işlenmelidir. Nükleer santrali devlet inşa etmelidir. Yerli 168

sermayeye dayalı toryum veya uranyum santrali kurmalıyız.

Nükleer santral, özel sektöre işlettirilmemelidir; devlet işletmelidir. Devletin patron olduğu güvenilir özel sektör, kontrollü kabul edilebilir. Aslında nükleer santral devletin işidir, özel sektörün işi değildir.

• Uranyum ve toryum Türkiye için stratejik öneme sahiptir. Ülkemizi ilerilere götürecek kaynaklardandır.

TÜRK MİLLETİ URANYUM ELEMENTİ GİBİDİR • Uranyum, elementlerin sonuncusudur. Türk milleti de dünyada kıyamete kadar insanlığa hizmet edecek milletlerin sonuncusudur. Sonuncusu olduğuna göre eskideki durumunu tekrar kazanacak, belki de geçecektir.

• Uranyum doğalların sonuncusudur. Türk milleti de uranyum gibi doğaldır; samimidir, yapmacık değildir, suniliği sevmez.

• Elementler içinde uranyumun, milletler içinde de Türk milletinin şanı yücedir.

• Uranyum gibi, Türk milleti de enerjisini etrafına verir.

• Uranyum, bağlanma enerjisi en yüksek olan elementlerdendir. Türk milletinin de fertler arasındaki irtibatı ve diyaloğu kuvvetlidir. Ancak demir kadar değildir. Zaten bağın kuvvetliliği, biraz da zayıflıktan kaynaklanır.

• Uranyum çekirdeğinin verdiği enerjinin nükleer reaktör veya nükleer laboratuvardaki enerji olması için kontrol edilmesi şartı vardır. Nötronun çekirdeğe çarpması ve çekirdeğin kontrollü dağılmasıyla enerji verir. Kontrolsüz olanı atom bombasındaki enerjidir. Türk milleti de dış etkiyle parçalanır.

Parçalanması aynı anda enerji vermek demektir.

Parçalanması zincirleme devam eder. Bu nedenle kontrolün iyi yapılması gerekir. Türk milleti asker millettir.

• Türk milleti akıllı ve zekidir. Kalplerinden hürmet ve merhamet çıksa, akıl ve zekâları onları, dehşetli ve acımasız 169

•

•

• •

•

•

hâle getirir ve idareleri mümkün olmaz.

Türk milleti, Müslümanlar içinde en çok nüfusa sahip üstün bir ırktır. Dünyanın her tarafında olan Türkler, Müslüman’dır.

Diğer ırklar gibi Müslüman olan ve olmayan olarak iki kısma ayrılmamıştır. Nerede Türk topluluğu varsa Müslüman’dır.

Bir şeyin en iyisi bozulunca en kötüsü olur; bunun gibi Müslümanlıktan çıkan veya Müslüman olmayan Türkler, Türklükten dâhi çıkmışlardır (Macarlar gibi). Hâlbuki küçük ırklarda bile, hem Müslüman hem de gayrimüslim vardır. Bu nedenle biz Türkler, atom bombası olma riskimiz olduğundan, özellikle çok dikkat etmeliyiz.

Bazı Türk kabileleri eski zamanda yanlarına bir kısım başka kabileleri beraber alarak kaç defa Avrupa’yı hercümerç etmişlerdir.

Fransız ihtilali ile gelişen hürriyetin arkasından sosyalistlik doğdu. Sosyalistlik komünistliğe inkılap etti. Komünistlik; insani ve ahlaki kuralları dinlemediğinden, anarşistlik meyvesini verdi. Anarşistlik fikrinin tam yeri ise dünyanın yedi harikasından birisi olan Çin seddinin yapılmasına sebep olan bir kısım Moğol ve Kırgız Türk kabileleridir.

Bu bilgiler ışığında, Türk milletini karalamaya girmemelidir.

Hercümerce neden olan topluluklar aslen Türk değildirler. Özellikle Moğollar, Türkler ile irtibatlandırılmıştır. Anadolu, memerriakdam olmuştur; daha önceleri çok farklı toplulukların gelip geçtiği yaşam yeridir.

Türk milleti, izole edilmediği takdirde; gökten gelen şualarla, her zaman infilak eder ve dünyanın değişik yerlerinde kendini hissettirir. Türk milletini izole eden unsurlar; ondaki hak, hukuk, adalet, temkin, başkalarını rahatsız etmeme, hürmet, merhamet, birleşen su damlaları gibi olma vb. üstün hasletlerdir. Uranyumun, 235U ve 238U olmak üzere iki izotopu vardır. Nükleer enerji 235U’ten elde edilir. Uranyum bileşiğinde % 0,7 oranında 235U izotopu; % 99,3 oranında ise 238U izotopu bulunur. Tüm uranyum bileşiklerinde 235U izotopunun etrafı, 238 U izotopu ile izole edilmiştir.

170

• Günümüzde uranyumun kötüye kullanılmasına karşı, tüm insanlığın tepkisi vardır; bu başka meseledir. Türk milleti, uranyum elementi gibi olduğunu bildiğinden ötürü, başka bir deyimle kendini tanıdığından dolayı, kuru gürültüye pabuç bırakmamaktadır. Kalbin gayesi, müşahededir. Müşahede; feraset, basiret, sezgi, sezi, altıncı his, kalp gözü açıklığı, ilhama mazhar olma gibi meziyetlerle kendini belli eder. Bu üstün meziyetlerin %90’ı Türk milletine verilmiştir; %10’u ise diğer ırklara dağıtılmıştır. Aslında herkes potansiyel olarak buna açık var edilmiştir. Bu yolda; peygamberler, doğruluktan şaşmayan akıl, kusursuz kalp ve temiz duygu/düşünce taşıyan kalp sahipleri başta olmak üzere Türkler vardır. Bu başarı, mevhibeiilahiye olarak verilen bir başarıdır; kendimizden bilmemeliyiz.

• Bütün dünya Türk milletinin vatanıdır. Türk milleti, gittiği her yeri vatanı bilir. Hem sahip olduğu güzellikleri oralara götürür hem de gittiği yerlerden alacağını alır. Bununla beraber ana vatan başkadır. Vatan, çok önemlidir. Vatan sevgisi imandandır. Vatanı olmayanın, tüm dünya vatanı olamaz. Bu nedenle; kırmızıçizgiler, mutlak anlamda hiçbir zaman kalkmaz.

• Bizim milliyetimiz, dinimizle et ile kemik gibi birleşmiştir; ayrılmaları mümkün değildir. Ayırırsak mahvoluruz.

• Türk milleti, tarihte mefahiri çok bir millettir. Türk milletinin İslamiyet’ten önceki övünülecek her şeyi İslamiyet defterine geçmiştir.

• Türk milleti, büyük insaniyetin bayraktarıdır. Dünyada en mukaddes ve en muhterem bir mevkii kazanmışlardır.

• Türk milleti fen ve sanatı, mana ile yoğurarak ileri gittiği gibi ileride de gidecektir. Hakiki medeniyete sarılarak insanlığa rehber yine olacaktır.

• Türk milleti, tarihinin şahadetiyle cihana bütün güzellikleri neşretmiştir. Eski çağlarda cihangir Asya’da kahraman Türk askerleri ve Türk milleti 1000 sene insanlığa hizmet etmiştir.

500 senedir yatıyoruz. Uyanmalıyız. Gaflet ve uykuyu 171

bırakmalıyız. Ancak böylece hakiki medeniyet inkişaf edecektir.

• Vahşet ve gaflete düşmemek için birleşen su damlaları gibi olmalıyız. Dünyayı kirlerden temizlemeliyiz.

Albert Einstein (Elbırt Aynsstayn)’ın Hayatı (1879–1955) • 1905 yılında izafiyet (rölativite=görelilik) teorisini ortaya koydu.

• 1921’de Nobel ödülü aldı.

• Yapay einsteinium elementine Albert Einstein ismine izafeten bu ad verilmiştir.

• Einsteinium elementinin atom numarası 99’dur ve Es sembolüyle gösterilir.

• Einstein atomu bir canavara kaptırdığını ancak Hiroşima ve Nagazaki’nin yerle bir olmasından sonra anlayabilmiştir.

Nükleer enerji, Batılıların elinde akıl ve vicdanın kontrolünden çıktığı için Japonya’da dev şehirlerin yerle bir olmasına, binlerce insanın ölmesine sebep olmuştur.

• Günümüzde de atom bombası, tehdit ve tedbir unsuru olarak değişik ellerde tutulmaktadır.

• Bu bakımdan insan unsurunun iyi eğitilmesi gerekir. Akıl ve düşünce prensipleri üzerine oturtulan fen ve teknik; beraberinde, insanlığı düşünme ile kalp ve vicdan duyarlılığını da getirebilmelidir.

• Maddenin dalga özelliği ile ilgili “süper sicim teorisi” veya uluslar arası ismiyle “superstring teorisi” 1915 yılında Einstein tarafından keşfedilen bir teoridir.

Albert Einstein (Elbırt Aynsstayn)’ın Meşhur Olmuş Sözleri 172

• “Dinsiz ilim kör, ilimsiz din de topaldır.” (“İlimsiz din topal, dinsiz ilim ise kördür.”)

Albert Einstein • “Kâinatın yaratıcısına olan inanç, ilmi araştırmanın en kuvvetli ve en asil muharrik (tahrik eden, harekete geçiren) gücüdür."

Albert Einstein • “Allah zar atmıyor. Buna ikna oldum."

Albert Einstein

FİSYON KONUSUNDA DOĞRU BİLGİLERİ İLK ORTAYA KOYAN TÜRK BİLGİN CABİR BİN HAYYAN (721–805) Kimyanın babası Cabir bin Hayyan’dır.

Britannica Ansiklopedisi Horasan’da doğdu. Kufe’de vefat etti.

Kimya ilminin babasıdır. Türk bilim adamıdır. Büyük dâhidir.

Dönemin en büyük ilim merkezlerinden Harran Üniversitesi’nin rektörüdür. Adı Latince’ye Geber diye geçmiştir.

Cabir bin Hayyan’ın başta kimya olmak üzere tıp, fizik, 173

astronomi, matematik, felsefe ve eğitim alanlarında çok hizmetleri olmuştur.

Bunların içinde şüphe yok ki en önemlisi atomla ilgili buluşudur.

Yunanlı bilginler maddenin en küçük parçasına, bölünemeyen en küçük parçacık anlamına gelen atom demişlerdi. İslam bilginleri, bu kelimeyi o zamanın bilim dili olan Arapçaya çevirirken cüz–ü layetecezza dediler. Cüz–ü layetecezzanın diğer adı cüz–ü ferttir. Hem atom hem de molekül yerine kullanılabilir. Cabir bin Hayyan ise Yunanlıların atomun parçalanamayacağı yolundaki teorilerine karşı çıktı.

Bu konuda gerçek mahiyeti asırlar sonra anlaşılabilecek farklı görüşü ortaya koydu.

Günümüz dünyasında, atomla ilgili ilk çalışmaların İngiliz kimyager John Dalton (1766–1844) tarafından yapıldığı, uranyumun çekirdeğinin parçalanabileceği fikrinin de 1944 Nobel Kimya Ödülü sahibi Alman kimyacı Otto Hahn (1879– 1968) tarafından ortaya atıldığı fikri yaygındır.

Hâlbuki onlardan 1000 yıl önce yaşamış olan Müslüman kimyacı Cabir Bin Hayyan’ın aşağıdaki sözleri asrımızın ilim adamlarını dahi hayrete düşürecek mahiyettedir: “Maddenin en küçük parçası olan cüz–ü layetecezzada yoğun bir enerji vardır. Yunan bilginlerinin iddia ettiği gibi bunun parçalanamayacağı söylenemez. O da parçalanabilir. Parçalanınca da öylesine bir enerji meydana gelir ki Bağdat’ın altını üstüne getirebilir. Bu, Allah’ın bir kudret nişanıdır.

Cabir de simyacılar gibi kalay, kurşun, demir ve bakırdan altın elde edilebileceğini düşünüyordu. Ancak bunun yolunun atomların kontrol altında parçalanıp değerlerinin değiştirilmesiyle olacağını belirtmekteydi.

Günümüzde nükleer laboratuvarlarda kontrollü çekirdek reaksiyonlarıyla yeni yapay elementler veya mevcut elementlerin yapay izotopu elde edilmektedir. İleride altın da 174

elde edilebilir. Simyacılar, fiziksel veya kimyasal yolla elementleri altına çevirmek istedikleri için boşuna uğraşıyorlardı.

Yine kontrolsüz çekirdek reaksiyonlarının atom bombası olduğu da bilinmektedir. Cabir, çok eski yıllarda bütün bunlardan söz etmişti.

Cabir, Lavoisier’den önce Lavoisier kanununu (kütlenin korunumu kanunu) ifade etmiştir.

Newton’dan önce Newton kanununu (yer çekimi kanunu) açıklamıştır.

Gay Lussac’dan önce Gay Lussac kanunundan (gazlarda basınç–sıcaklık ilişkisi kanunu) bahsetmiştir.

Güneş enerjisinden faydalanma çığırını açmıştır.

Kimya ilminin hem teorik hem de pratik alanda büyük gelişimine sebep olmuştur. Cabir’in en bariz vasfı deneyciliğidir.

Modern kimya laboratuvarını ilk kuran kişidir. Cabir’in kimyadaki diğer hizmetlerini şöyle sıralayabiliriz: • HCl formülüyle gösterilen hidroklorik asidi (tuz ruhu) elde etmiştir.

• HNO3 formülüyle gösterilen nitrik asidi (kezzap) elde etmiştir.

• 1 hacim derişik HCl ile 3 hacim derişik HNO3 karışımından oluşan kral suyunu keşfetmiştir. Günümüzde de bütün dünyada kuyumculukta kullanılmaktadır.

• Altın, yalnız kral suyunda çözünür. Kral suyu, başka hiçbir elementle reaksiyona girmez. Bundan altının, hem saf olup olmadığının anlaşılmasında hem de saf olarak elde edilmesinde faydalanılır. Bugün de, altının saflığının belirlenmesi ve sahteciliğin önlenmesinde Türkiye’de kullanılan en yaygın yoldur.

• Üretilen asitler sayesinde, hem Cabir hem de sonraki kimyacılar bazı metal bileşiklerini elde edebildiler.

• Cabir’in elde ettiği bazı bileşikler şunlardır: Şap (KAlSO4), nişadır (NH4Cl), gümüş nitrat (AgNO3) vb.

175

• Cabir kristalizasyon, süzme, eritme, buharlaştırma, süblimleştirme, damıtma, çözme vb. metotları geliştirdi veya kimya ilmine kazandırdı.

• Bir kısım tabirler vardır ki Cabir ve diğer kimyacılar sayesinde Batı dillerine geçmiştir. Bunlardan bir kısmı şunlardır: • Alcohol (Arapça aslı el kuhl) • Alkali ( Arapça aslı el kali) • Kimya (Arapça aslı kimie) • Alembic (Arapça aslı el imbik) Görülüyor ki Cabir, günümüzün modern ilminin dayanmış olduğu gözlem ve deney metotlarını, asırlarca önce kullanmıştır.

ÇEKİRDEK KİMYASI BÖLÜMÜYLE İLGİLİ SOSYAL ALANDA KULLANILAN KİMYA KELİME VE DEYİMLERİ • Radyoaktif etki: İkinci dereceden etki.

• Alfa, beta, gama etki: Alfa etki en kuvvetli etki, beta etki daha zayıf etki, gama etki ise en zayıf etkidir.

176