12. sınıf kimya - Mustafa Atalay

EVRENDE VE DÜNYADA ELEMENTLER
1. BÜYÜK PATLAMA TEORĠSĠ(BĠG BANG TEORĠSĠ)
Atomların ve elementlerin oluşumunu anlayabilmek için evrenin nasıl oluştuğunu incelememiz gerekir. Bilim
adamları böylesine kompleks bir yapıya sahip olan evrenin oluşumu hakkında tarih boyunca değişik fikirler ve
teoriler ortaya atmışlardır. Fakat diğer konulardaki anlaşmazlıklara rağmen günümüzde evrenin başlangıcı
konusu, bilim adamları arasındaki tam bir fikir birliği ile Büyük Patlama (Big Bang) adı verilen teoriye
dayandırılmaktadır. Büyük patlama teorisi, tek bir noktanın patlamasıyla tüm evrenin meydana geldiğini ortaya
koyan bilimsel bir teoridir. Bu teori evrenin 15 milyar yıl önce "yoktan var edildiğini" ileri sürmektedir. Yani
zamanımızdan yaklaşık 15 milyar yıl önce madde ve zaman yokken "Big Bang" adı verilen büyük bir patlama ile
aniden madde ve zaman oluşmuş ve olağanüstü bir denge içinde şekillenmiştir.
"Big Bang" teorisi ilk olarak 1922 yılında Alexander Friedmann tarafından ortaya atıldı. Alexandre Friedmann,
Einstein’ın genel görelilik kavramı üzerinde çalışırken evrenin durağan bir yapıya sahip olmadığını farketti. Yaptığı
hesaplamalarda, meydana gelebilecek küçük bir etkileşimin evrenin genişlemesine ya da büzüşmesine yol
açacağını hesapladı. Friedmann’ın çalışmalarını inceleyen Belçikalı astronom Georges Lemaitre, evrenin bir
başlangıcı olduğunu ve bu başlangıçtan itibaren sürekli genişlediğini öngördü. Çalışmalarında, başlangıç anından
arta kalan radyasyonun da saptanabileceğini belirtti. O güne kadar evrenin durağan olduğunu savunan bilim
dünyasının bu yeni teoriyi kabullenmesi hiçte kolay değildi. Çünkü bu teori evrenin, zaman ve maddeden
bağımsız olan tüm boyutların üzerindeki bir güç tarafından yaratıldığı anlamına geliyordu. Aynı zamanda
"maddenin sonsuzdan gelip sonsuza gittiğini" iddia eden materyalist felsefe kökünden çürütülmüş oluyordu.
Özellikle materyalist bilim adamları bu teoriyi kabul etmek istemedi. Fakat "Big Bang" gerçeğini görmezlikten
gelmek çok zordu. Ünlü astronom Edwin Hubble 1929 yılında yaptığı gözlemler sonucunda evrenin devamlı
genişlemekte olduğunu ispatladı, bu ispat Big Bang teorisi için çok büyük bir kanıttı. Edwin Hubble, gökyüzünü
teleskopla incelerken yıldızların uzaklıklarına bağlı olarak kızıl renge doğru yaklaşan bir ışık yaydıklarını saptadı.
Bilinen fizik kurallarına göre, gözlemin yapıldığı noktaya doğru hareket eden ışıkların tayfı mora doğru, gözlemin
yapıldığı noktadan uzaklaşan ışıkların tayfı da kızıl yöne doğru kayar. Hubble’ın gözlemlerine göre yıldızlar
gözlem noktasından uzaklaşmaktaydılar. Hubble yıldızların tayf çizgilerindeki kırmızıya kayma oranlarının bize
olan uzaklıklarıyla doğru orantılı olduğunu fark etti ve bu durumu kırmızıya kayma yasası olarak ortaya koydu.
Hubble, yıldızlar ve galaksilerin sadece bizden değil, birbirlerinden de uzaklaştığı sonucuna ulaştı. Herşeyin
birbirinden uzaklaştığı bir evrenin genişlediği sonucu elde edilmiş oldu. Hubble'ın bu buluşu teorinin büyük bir
bilim kesimi tarafından kabul görmesini sağladı.
1948 yılında George Ramov, evrenin büyük bir patlama ile oluşması durumunda bir radyasyonun oluşması
gerektiğini ortaya koydu. Büyük patlama ile oluşan radyasyon tüm evrene eşit oranda dağılmış olmalıydı.
1965 yılında Arno Penzias ve Robert Wilson, bu radyasyon dalgalarını yaptıkları başka bir çalışma sırasında
keşfettiler. Saptanan bu radyasyon uzayın belirli bir bölgesinden gelen radyasyondan farklıydı ve evrenin tümüne
dağılmıştı; belirli bir kaynağı yoktu. Bu radyasyonun Büyük Patlama’nın ilk döneminden kalma olduğu kabul
edildi. Büyük Patlama’nın deneysel olarak ispatını gösteren ilk bilim insanları oldukları için, bu iki bilim insanı
Nobel ödülüne layık görüldüler.
teoriyi kabullenmek istemeyen ve genişleyen evren modeline uygun değişik teoriler oluşturmaya çalışan bir kaç
bilim adamı ise ancak 1989 yılındaki "Big Bang" teorisinin kesin zaferine kadar dayanabildiler. Teorik
hesaplamalara göre, büyük patlamadan arda kalması gereken radyasyonu araştırmak üzere 1989 yılında George
1
Smoot ve Nasa ekibi, Kozmik Geriplan Işıma Kaşifi Uydusunu(COBE) uzaya gönderdiler. COBE uydusu bu
radyasyonu fırlatılışından sekiz dakika sonra belirleyerek "Big Bang" teorisini kesin olarak kanıtladı. Bu araçtaki
hassas tarayıcılar, Penzias ve Wilson’un ölçümlerini doğruladı. Bu kanıttan sonra artarda gelen diğer kanıtlar
teoriyi
desteklemeğe
devam
etti.
Evrendeki
enerjinin
bilinen
kısmının
büyük
bölümü
yıldızlarda, Hidrojenin (H), füzyon sayesinde Helyuma (He) dönüşmesi ile oluşmaktadır. Bu enerji dönüşümü
evrenin başlangıcından bu yana devam eden bir süreçtir. Eğer evren sonsuzdan beri var olsaydı hidrojenin
tümünün helyuma dönüşmüş olması gerekirdi. Fakat şu an evrende var olan hidrojen, helyum oranı teorik
hesaplamalara göre "Big Bang" 'den bu yana olması gerektiği gibidir. Bu ve benzeri bir çok delil "Big Bang"
teorisinin güçlenerek ilerlemesini sağlamaktadır. Evren genişlediğine göre, zaman içinde geriye gidildiğinde
evrenin tek bir noktadan başladığı ortaya çıkıyordu. Yapılan hesaplamalar, evrenin tüm maddesini içinde
barındıran bu tek noktanın, sıfır hacme ve sonsuz yoğunluğa sahip olması gerektiğini gösterdi. Evren bu sıfır
hacme sahip noktanın patlamasıyla ortaya çıkmış olmalıydı.
Evrenin Ġlk Anları Ve Büyümesi
Büyük patlamadan önce madde varolmadığına göre maddeye bağımlı olan zamanın varlığından da söz edilemez.
Bu noktada bir fikir ayrılığı olmadığına göre Big Bang'denöncesinden söz etmemiz mümkün değil. Bizim inceleye
bileceğimiz, büyük patlama anında neler oldu? Nasıl oldu da böylesine büyük bir patlama ile bu kadar kompleks
yapıya sahip bir evren oluştu? gibi soruların cevaplarıdır. Bu soruları ancak teorik kozmoloji verilerine dayanarak
yanıtlaya biliriz. Fakat elimizde gerekli veriler olmadığı içinBig Bang anını açıklamakta fizik teorileri yetersiz
kalıyor. Daha önceki anlarda neler olup bittiği konusunda henüz kesin deliller bulunmadığı için varsayımlara
dayalı olarak olayları açıklamaya çalışacağız.
Evrendeki her şey yaklaşık 15 milyar yıl önce sıfır hacme sahip noktanın patlamasıyla ortaya çıktı.Patlamadan
-43
itibaren 10 . saniyeye kadar geçen süreye Planck zamanı denir. 10
-43
-32
. saniyeden 10 . saniyeye kadar evren
aşırı derecede genişledi. Bu dönemde evren bir atom boyutundan bir portakal boyutuna ulaştı. Ortamda temel
parçacıklar(kuarklar,
leptonlar,
gluonlar
vb.)
vardı.
-32
10 .
-6
saniyeden 10 . saniyeye kadar geçen süre ön büyüme evresiydi.
Genişleme nedeniyle sıcaklık 10
27 0
C’ye kadar düşmüştü. Ancak
evren hala sıcaktı ve elektron, kuark ve diğer parçalardan
-6
oluşmuş kaynayan bir çorbaya benziyordu. 10 . saniyede hızlı
bir soğuma evresi başladı. Sıcaklık 10
13 0
C’ye kadar düştü.
Patlamadan sonraki süreç içinde kuarklar bir araya gelerek
protonları ve nötronları oluşturdu. Bu anda ortamda diğer
taneciklere oranla sayısı milyarda bir olan proton ve nötronlarla
birlikte
foton,
pozitron(
hacimdeki
nötrino(ν),
antinötrino( ̅ ) elektron(
)
) tanecikleri de oluşmuştu. Çok küçük
bu
tanecikler
birbirleri
ile
sürekli
çarpışarak birbirlerine dönüşmüşlerdir. Fakat daha
büyük kütleli tanecikler oluşturamamışlardır. Çünkü
çok yüksek enerjiye sahiplerdi. Fotonlar birbirleri ile
çarpışarak elektron ve pozitron oluştururken, aynı
hızda elektronlar ve pozitronlar çarpışarak tekrar
enerjiye yani fotonlara dönüşüyordu. Yani foton,
2
ve
elektron ve pozitron sayılarında bir denge vardı. Bu aşamada nötronlar, proton, elektron ve antinötronlara
parçalandı.
Proton ve nötron sayılarında da bir denge vardı. Çünkü protonlar nötronlara, nötronlar da protonlara aynı hızda
dönüşüyorlardı. Evrenin nokta halinden genişlemesiyle birlikte, enerji de yayılmaya başladı. Bunun sonucu olarak
enerji yoğunluğu azalmaya ve ortalama sıcaklık düşmeye başladı. Protonun nötrona dönüşmesi, nötronun
protona dönüşmesine göre daha fazla enerji gerektirdiği için evrenin enerjisi azalmaya başladığında protonun
nötrona dönüşüm hızı yavaşlamıştır. Bunun sonucunda proton sayısında nötrona göre bir artış olmuştur.
Patlamadan yaklaşık 13,8 saniye sonra evrenin sıcaklığı 3000000 Kelvin’e düştü. bu noktada elektron ve pozitron
sayılarında büyük bir azalma oldu. Çünkü evrenin soğuması ve genleşmesi sonucu elektronların ve pozitronların
çarpışmasıyla oluşan fotonlar evrenin genişlemesiyle daha az enerjili
hale geldi. Bu fotonlar azalan enerjiyle elektron ve pozitron oluşturacak
çarpışmaları gerçekleştiremediler.
Başlangıçta proton ve nötronlar çok yüksek enerjiye sahip olduklarından
bir arada duramıyorlardı. Patlamadan yaklaşık 3 dakika sonra
evrenin genişlemesinden ve enerji yoğunluğundaki azalmadan
dolayı sıcaklık öylesine düştü ki ilk nükleer tepkime gerçekleşti.
Proton ve nötronlar çarpışarak dötoryum çekirdeğini oluşturdular.
Oluşan dötoryum çekirdekleri de proton ve nötronlarla çarpışarak
önce He-3, daha sonra He-4 çekirdeklerini
oluşturdular.
Dötoryum
çekirdekleri
3
nötronla çarpışarak az sayıda trityum( H)
çekirdeğini
oluşturdu.
protonlarla
Trityumlar
çarpışarak
çekirdeklerini
yine
oluşturdular.
da
He-4
Evren
bu
aşamada kütlece 0,75 oranında hidrojen(
) ve 0,25 oranında helyum (
)
çekirdeklerinden oluşuyordu. Bu arada bir
trityum çekirdeği ile iki dötoryum çekirdeği
çarpışarak çok az miktarda Lityum çekirdeği
oluşturdular(%0,01). Bazı Helyum çekirdeklerinin
(
) kendi aralarında çarpışmaları
ve
sonucunda da çok çok az miktarda
çekirdekleri
oluştu.
olduklarından
Ancak
çoğunlukla
bunlar
ve
kararsız
bozundular.
Bu
soğuduğu
için
aşamada
evren
çok
hızlı
lityumdan
daha
ağır
çekirdekler
oluşamadı. Daha ağır çekirdeklerin
oluşabilmesi için gerekli basıncı ve
sıcaklığı sağlayacak ortam yoktu.
Nükleer
sentezin
noktada
göreceli
başladığı
olarak
bu
%87
oranında proton ve %13 oranında
3
nötron bulunmaktaydı. Nükleer sentez başladıktan sonra tüm nötronlar ve bir kısım proton He çekirdeği için
kullanıldı. Geri kalan protonlar ise hidrojen çekirdeği olarak kaldı. Bugün yapılan ölçümler sonucu evrende hiçbir
yerde helyumun kütlece %23’ün altında olmadığının belirlenmesi Büyük Patlama Teorisinin en önemli
delillerinden sayılmaktadır.
Element oluşumunda son basamak atom çekirdeklerinin serbest gezen elektronları yakalaması olmuştur. Fakat
elektronların enerjisinin çok yüksek olması nedeniyle bu süreç yaklaşık 700000 yıl sürmüştür. Bu süreçte evrenin
sıcaklığı 3000 K’e düşmüştür.
Enerjisi azalan elektronları H,
He ve Li çekirdekleri yakalamış
ve
atomları
element
oluşmuştur.
Serbest
elektronların
yakalanmasıyla
evren şeffaflaştı ve element
atomları arasında fotonlar hiçbir
taneciğe çarpmadan yayılmaya
başladı. Günümüzde görünür
uzayda tespit edilen kozmik
ardalan
ışıması
büyük
patlamadan kalan bu fotonların
ışımaları
olduğu
düşünülmektedir.
Kozmik
ardalan ışıması Büyük Patlama
teorisinin
önemli
kanıtlarındandır.
"Büyük
Patlama"
sonraki
genişleme
anından
hızı
çok
hassas bir değerdedir. Yapılan
teorik hesaplamalara göre bu
genişleme
olandan
hızı,
milyarda
gerçekte
bir
daha
yavaş gerçekleşseydi muazzam
kütle çekim etkisi ile evren
kendi üzerine çökerek tekrar
yok olacaktı. Tersi bir şekilde,
evrenin genişleme hızı milyarda
bir daha hızlı olsaydı atom altı
parçacıklar
atomu
ve
dolayısıyla evrende var olan
gök cisimlerini oluşturamayacak şekilde dağılacaktı.
4
AĞIR ELEMENTLERĠN OLUġUMU
0
Büyük patlamadan 1 milyar yıl sonra evrenin sıcaklığı -200 C’ye düştü. Patlama sonrası
hidrojen ve Helyum atomları boşlukta homojen dağılmadılar. Hidrojen ve Helyum gazları
arasındaki kütleçekimi sayesinde evrende hidrojen ve helyumun daha yoğun olduğu
dev bulutlar oluştu. Madde açısından daha yoğun olan bu bölgelerde daha yüksek kütle
çekimi oluşur. Bu kütle çekimi hidrojen ve helyum atomlarının bir araya gelerek
kümelenmesine neden oldu. Hidrojen ve helyum elementlerinin oluşturduğu kümeler
büyüyerek dev bulutları(Nebula) oluşturdu. Nebulalarda meydana gelen değişimler
sonucu gök adaları, daha küçük gaz yığınları ise kütlesi güneşin kütlesinden 10 kat ya
da daha büyük ilk yıldızları oluşturdu. Nebuladaki atomlar kütlenin yoğun olduğu bir
merkeze doğru kütle çekim kuvvetinin etkisiyle ilerledi. Kütle çekiminden dolayı birbirine
yaklaşan atomların hızları arttı. Bu durumda oluşan çok yüksek sıcaklık artışından
dolayı tanecikler kor haline geldi. Atomlar birbirlerine yaklaştıkça çarpışmalarda
fazlalaştı. Nebulanın herhangi bir yerinde gerçekleşen bu
olay sonucunda hidrojen ve helyumdan oluşan küresel
bir çekirdek meydana geldi. Oluşan bu küresel çekirdeğe
protostar adı verildi.
İlk yıldızlardaki hidrojen atomu çekirdekleri, yüksek
basınç ve sıcaklığın etkisiyle nükleer füzyon tepkimeleri
sayesinde birbirleriyle kaynaşarak helyuma dönüştü.
Protostardaki sıcaklık dışarıdan merkeze doğru gidildikçe
artar. Merkezde sıcaklık öyle bir noktaya ulaşırki hidrojen ve helyum atomları elektronlarından ayrılır. Böylece
madde plazma haline gelir. Bu noktada hidrojen ve helyum çekirdekler de
birbirleriyle çarpışma
yapmaya
başlar.
Çarpışan
atom
çekirdeklerinin kütlesi
ve yükü ne kadar
küçükse çekirdeklerin
kaynaşması(füzyon)
için de gereken enerji o kadar az olur. Küçük çekirdeklerin aralarında
oluşturacakları nükleer kuvvetler için gereken enerji daha az olduğu için hidrojen atomu çekirdekleri çarpışarak
kaynaşır ve helyum çekirdeğine dönüşür. Oluşan füzyon tepkimesi sonucunda büyük miktarda enerji açığa çıkar.
Hidrojen çekirdeklerinin füzyon tepkimelerine girmesine hidrojen yanması
denir. Zamanla kütle çekim kuvvetinin etkisiyle helyum çekirdekleri yıldızın
merkezinde yoğunlaşmaya başlar. Böylece merkezde helyum yoğunluklu
bölge ve etrafında hidrojen yoğunluklu bir halka oluşur.
İlk yıldızların helyumdan daha ağır elementleri oluşturamadan çok şiddetli patlamalarla dağıldıkları sanılmaktadır.
Bu patlamalarda ortaya çıkan sıcaklık ve basıncın çok yüksek olması hidrojen ve helyumdan daha ağır
çekirdeklerin ortaya çıkmasını sağladı. Fakat bu şekilde
oluşan çekirdeklerin miktarı çok azdı. Bu ağır çekirdekler
ikinci nesil yıldızların kimyasal bileşiminde rol oynadılarsa
da evrendeki elementlerin bolluk oranları çok fazla
etkilenmedi.Daha sonra yeni yıldızlar ve gezegenler
oluştu. İkinci nesil yıldızların sayısı ilk yıldızların
sayılarına göre daha fazlaydı. İkinci nesil yıldızlarda az
da olsa ağır elementlerin bulunması, merkezlerindeki
0
sıcaklığın 100000000 C’nin üzerine çıkmasını sağladı.
Bu sıcaklık bir dizi nükleer füzyon tepkimesi için gerekli
5
şartı sağlamış oldu.Merkezde helyum yoğunluğu yeteri kadar artınca, çekirdeklerin kaynaşmasıyla karbon atomu
çekirdekleri oluşmaya başladı.
Bu arada füzyon olaylarıyla sıcaklığı sürekli artan merkezdeki tanecikler yıldızın dışarı doğru genleşmesine neden
oldu. Yıldızın hacmi büyük oranda artar. Bu haldeki yıldız kırmızı renkli kor(kızıl dev) gibi görünür.
Helyumum füzyonu sonucu oluşan karbon çekirdekleri daha ağır kütleli olduğu için
kütle çekim kuvvetinin etkisiyle yıldızın merkezinde toplanır. Bu bölgenin etrafında
helyumun karbona dönüştüğü füzyonun gerçekleştiği bir halka oluşur. Bu halkanın
dışında ise hidrojenin helyuma dönüştüğü halka bulunur. Kütlesi yeteri kadar büyük
olmayan yıldızlar bu noktada kalır. Çünkü karbon çekirdeklerinin kaynaşması içim
gerekli yoğunluk ve yıldızda kaç tane füzyon halkasının oluşacağı başlangıç
kütlesine bağlıdır.
Kütlesi yeteri kadar büyük olan yıldızlarda gerekli sıcaklık ve yoğunluk
sağlandığında karbon çekirdekleri füzyona uğrayarak Neon çekirdeğine dönüşür.
Buna karbon yanması denir. Bu dönüşüm zinciri kütlesi yeterli olan
yıldızlarda(kırmızı süper dev), neonun yanmasıyla oksijen çekirdeği ve halkası,
oksijen yanmasıyla silisyum çekirdeği ve
halkası, silisyum yanmasıyla önce radyoaktif
nikel
çekirdeği,
daha
sonra
nikelin
bozunmasıyla demir çekirdeği oluşur. Demir
çekirdekleri yıldızın merkezinde toplanır.
Böylece çekirdekten yüzeye doğru farklı
radyoaktif tepkimelerin olduğu katmanlar
oluşur.
Demirden ağır elementlerin oluĢumu
Atom numarası 26’ya(Fe) kadar olan elementler yıldızların içinde oluşur. Bu
elementler yıldızlarda gerçekleşen nükleer füzyon tepkimesi ürünleridir.
Ancak atom numarası 26’dan daha büyük elementlerin yıldızlarda
56
oluşmaması
Fe çekirdeğinin en kararlı çekirdeğe sahip olmasıyla
56
açıklanabilir. Bu kararlılık Fe elementinde nükleon başına düşen bağlanma
enerjisi ile ilgilidir. Nükleon başına düşen bağlanma enerjisi(çekirdeğin
56
bağlanma enerjisi) en yüksek olan element Fe’dir.
Kırmızı süper dev yıldızlarda Fe çekirdeğinin sıcaklığı artarak belirli bir
noktaya geldiğinde , Fe çekirdekleri de tepkimelere katılır. Ancak Fe
çekirdeklerinin bağlanma enerjisi yüksek olduğu için çekirdeğin parçalanması
dışarıdan alınacak yüksek miktardaki enerjiyle mümkün olur. Dışarıdan alınan
enerji nedeniyle ortam enerjisinde azalma olur ve Fe çekirdekleri yoğunlaşır.
Yoğunlaşmadan dolayı iç bölgelerde kalan Fe çekirdekleri üzerinde çok
yüksek basınç oluşur. Böylece içteki Fe çekirdekleri alfa, proton, nötron ve daha ileri düzeyde taneciklere
parçalanır. Yıldız merkezinde yer alan Fe çekirdeklerinin parçalanmasıyla hacimde ani azalma olur. Bunun
6
sonucunda dış katmanlar içeri doğru çekilir. ve yıldızda içe doğru bir çökme olur. Merkeze doğru giden tanecikler
birden dışarıya doğru patlama şeklinde genleşir ve uzayda yayılır.Buna süpernova patlaması denir.
Süpernova patlaması sırasında sıcaklık en büyük yıldızların ulaşamayacağı kadar yüksek değerlere ulaşır. Bu da
ortamdaki tanecikleri daha reaktif yapar. Demirin parçalanması sonucu merkezde oluşan nötronlar patlamayla
beraber dışarı doğru bir nötron akışı oluştururlar. Bu nötronlar diğer çekirdekler tarafından yakalandığında ya
bozunmadan kalır ya da nötron bozunmasına uğrar. Nötron bozunmasında, nötron tanecikleri proton, elektron ve
antinötrinoya dönüşür. Bu şekilde her yakalanan nötron, yakalayan çekirdeğin proton sayısını ve kütlesini artırır.
Ortamda bulunan protonları yakalayan çekirdeklerin ise atom numaraları daha büyük element çekirdeklerine
dönüşür. Süpernova
patlaması
çok
kısa
sürede
gerçekleşmesine
rağmen Fe elementinden daha ağır
atom çekirdeklerinin
oluşmasına neden olur. Kısacası
süpernova
patlamaları ile ağır çekirdekler, nötron
bombardımanına ve
β bozunmasına uğrayarak daha ağır
çekirdekleri oluşturur.
Süpernova
patlaması
sonucunda
oluşan
ağır
elementler uzaya yayılır ve uzayın
farklı
bölgelerinde
yeni oluşan yıldızların yapılarına
katılır. Böylece yıldız
ve süpernova oluşumu sürekli tekrar
eder. Her çevrimde
evrende ilk oluşan hidrojen ve helyum
tükenirken daha ağır
elementlerin miktarı gittikçe artar.
Elementlerin
Evrendeki
Yıldızların YaĢı
Bolluk
Oranları
ve
Evrende bulunan elementlerin miktarları birbirinden farklıdır. Evrenin başlangıcında ilk olarak oluşan hidrojen
elementi evrende en bol bulunan elementtir. Bollukta ikinci sırada helyum elementi vardır. Diğer elementler
yıldızlarda meydana gelen çekirdek tepkimeleri sonucu oluştukları için evrendeki bolluk oranları hidrojen ve
helyuma göre oldukça düşüktür. Yıldızlardaki ağır elementlerin oranları yıldızın başlangıç kütlesine göre değişir.
Bu kütleye göre bazı füzyon tepkimelerinin gerçekleşp gerçekleşmeyeceği belirlenebilir. Bunun sonucunda
yıldızdaki element oranları değişir. Yıldızın yaşı ilerledikçe o yıldızdaki elementlerin bolluk oranları artar. Genç
yıldızlardaki ağır elementlerin oranları ise evrenin oluşumu sırasında ortaya çıkan ilk yıldızlardan farklıdır. Çünkü
ilk yıldızların süpernova patlaması sonucunda oluşan ağır elementler gaz ve toz bulutu oluşturarak yeni yıldızların
oluşumunda yer alır. Bunun sonucu oluşan yıldızlardaki ağır elementlerin oranları yıldızın yaşına göre daha fazla
olur.
ELEMENTLERĠN YER KABUĞUNDAKĠ BOLLUK ORANLARI VE DÜNYANIN OLUġUMU
Evrenin ve dünyanın element bileşimleri birbirinden farklıdır. Bu farklılığın nedeni elementlerin oluşum süreci ile
ilgilidir. Elementler nükleer füzyon tepkimeleri ile oluşmuştur. Füzyon tepkimelerinin oluşabilmesi için yüksek
sıcaklık ve basınç gereklidir. Bu şartlar yıldız büyüklüğündeki gök cisimlerinin merkezlerinde gerçekleşir. Ağır
elementlerin oluşması için gerekli füzyon koşulları dünya’da yoktur. Dünyadaki elementler ve bu elementlerin
bolluk oranları dikkate alınarak geliştirilen teorilere göre Güneş sistemimiz, dolayısıyla Dünyamız, ömrünü
tamamlamış bir yıldızın kalıntılarından oluşmuştur. Güneş sisteminin oluşumunun yaklaşık 4,6 milyar yıl önce gaz
ve toz bulutu olarak bir nebulanın meydana gelmesiyle başladığı sanılmaktadır. Nebulanın içerdiği elementlerin
oranları, güneşin içerdiği elementlerin oranları ile benzerdi. Ömrünü tamamlamış yıldızın dağılmış artıkları,
yıldızlar arası toz ve gaz bulutunun(nebula) kütle çekimi etkisiyle bir merkez etrafında dönerek gittikçe
yoğunlaşmış ve Güneş sistemimiz oluşmuştur.Merkezde yoğunlaşan hidrojen ve helyum tanecikleri güneşi
oluşturmaya başlamış ve çevresinde gezegenler oluşmuştur.
Yer Kabuğundaki Element ve BileĢiklerin Bolluk Oranları
Dünya’daki oksijen, silisyum, aluminyum ve demir elementlerinin bolluk yüzdesi, evrendeki oksijen, silisyum,
aluminyum ve demir elementlerinin bolluk yüzdesinden fazladır. Bu element atomlarının kütle numaraları dikkate
alındığında, izotop çekirdeklerinin, diğer elementlerin izotop çekirdeklerine göre daha kararlı oldukları görülür.
Ayrıca bu çekirdekler daha ileri füzyon tepkimelerine yatkiın değillerdir. Dünyada yaşam için uygun koşulların
oluşması sonrasında özellikle bitkilerin gerçekleştirdikleri fotosentez olayı ile atmosferin yapısal bileşimi önemli
oranda değişmiş ve oksijen oranı yükselmiştir.
7
Yer kabuğunda bir element ne kadar bol bulunursa oluşturduğu bileşikler de o kadar boldur. Dünyada en bol
bulunan ilk üç element oksijen(%47), silisyum(%27,7) ve aluminyum(%8,1)’dur. Bu elementler genellikle
yeryüzünde silikat, oksit ve aluminasilikatlar halindedir. Örneğin yeryüzündeki oksijen ve aluminyum bol miktarda
aluminyum oksit(Al2O3) bileşiği halinde bulunur. Aluminyum oksit yer kabuğunda oksit tipi kayaçların yapısında bol
miktarda vardır. Yer kabuğundaki bolluk oranı yüksek olan silisyum ve oksijenin, bolluk oranı yüksek olan diğer
elementlerle oluşturduğu silikatlar, yeryüzünde bol bulunan kayaçların yapısında yer alır.
Yer kabuğundaki elementlerin evrende, dünyada ve yer kürede bulunma oranları
Bazı bileşiklerin yer kabuğundaki bolluk oranları
8
ELEMENTLERĠN ELDE EDĠLĠġLERĠ
Elementler ve BileĢikler
Mineral ve Cevher Bütün metallerin kaynağı yer kabuğu(litosfer)dur.
Mineral
Mineraller, doğal olarak oluĢan, homojen özellikte(herhangi bir parçası bütünün özelliklerini taĢır.), belirli
kimyasal formülü ya da kimyasal bileĢimi olan, katı halde bulunan(Cıva gibi sıvı olanları hariç) inorganik
bileĢiklerdir.
Mineraller doğada belirli sıcaklık ve basınç altında oluşmuşlardır. Mineraller nadiren saf
elementler(altın, gümüş, bakır gibi) şeklinde de oluşabilmişlerdir. Yerkabuğunda
bulunan petrol, kömür, fosil ve reçine gibi madenler mineral kapsamına girmez. Çünkü
bu maddeler mineraller gibi inorganik değil organik yapılıdır(Kehribar organik yapılı
olmasına rağmen mineraldir). Minerallerin katı halde bulunmaları düzenli bir kristal
yapıya sahip olduklarını gösterir. Kristallerin düzgün yüzeylerle çevrilmiş geometrik
şekilleri ve düzgün, periyodik sıralanmış bir atomik yapıları vardır. Kuvartz(SiO2),
tuz(NaCl) kristal haldeki minerallerdir. Zümrüt(Be3Al2(SiO3)6) , topaz(Al2SiO4(OH,F)2
gibi renkli ve kıymetli taşlar da kristaller için örnek olarak verilebilir. Mineraller homojen
bir yapıya sahiptirler; ancak her mineral, az ya da çok, yabancı mineral içerebilir.
Yabancı maddenin çokluğu o mineralin özelliklerini de değiştirir. Bazı mineraller
(opal(SiO2 . n H2O) gibi) amorf katılardır.
Minerallerin önemli bir bölümü kayaçlarda oluşmuştur. Magmanın, yani erimiş haldeki
mineral maddeleri karışımı soğuyup katılaşırken mineral kristalleri oluşur. Granit
kayaçlarında bulunan mika, feldspat, hornblend ve kuvars mineralleri bu şekilde
oluşmuştur. Bazı mineraller ise başkalaşım kayaçlarındaki ısı ve basıncın etkisiyle
oluşmuşlardır. Kayaçların aşınmasıyla, kayaç bloklarından ayrılan ve akarsularca başka yerlere taşınan ve
burada dibe çökerek kumtaşı, kiltaşı ve konglomera minerallerini oluştururlar. Bazı mineraller ise kor halindeki
kayaçlar soğurken, suyun bu kayaçlardaki mineralleri çözerek uzaklara taşıması ve çatlaklar arasından
süzülürken içindeki minerallerin çökelmesiyle oluşurlar. Bu çökelmeler çatlaklarda mineral damarlarının
oluşmasına neden olur. Değerli minerallerin önemli bir bölümü bu şekilde oluşurlar.
9
Cevher
Maden, yer kabuğunda oluşan, ekonomik yönden değeri olan, işlenebilen minerallere denir. Maden Cevheri,
yeryüzünde metal ve metal bileşiklerinden oluşan, ekonomik yarar sağlayacak derişimde element içeren doğal
bileşiklere ya da minerallere denir. Cevherlere filiz adı da verilir.
Maden cevherleri, serbest halde metal içerenler haricinde metalin bağlı olduğu ametal veya asit köküne göre
isimlendirilir.
Maden cevherleri aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir.
a)
Basit Cevherler: Altın, Gümüş, Platin, Bakır, Cıva, Arsenik, Antimon, Bizmut cevherleri
b)
Oksit Cevherleri: Demir, Aluminyum, Mangan, Kalay oksit cevherleri
c)
Sülfür Cevherleri: Çinko, Kadmiyum, Cıva, Bakır, Kurşun, Nikel, Kobalt, Gümüş, Arsenik, Antimon sülfür
cevherleri
d)
Karbonat Cevherleri: Demir, Kurşun, Çinko, Bakır, Kalsiyum, Baryum, Stronsiyum, Magnezyum cevherleri
e)
Halojenür Cevherleri: Potasyum, Magnezyum, kalsiyum halojenür cevherleri
f)
Silikatlar: Silikatların içerisindeki metallerin elde edilmesi oldukça zordur. Berilyum, Çinko ve Nikel silikatlar
10
Sanayide elementler minerallerinden elde edilir. Ancak her mineralin element eldesinde kullanılması ekonomik
değildir. Çünkü gerekli derişimde element içermeyebilir. Örneğin deniz suyunun kabarma zamanında önü
kesilerek buharlaşmaya bırakılırsa, tuz diğer katı maddelerle birlikte geride kalır. Oluşan karışım ayrımsal
kristallendirme ile saflaştırılabilir. Deniz suyundan bu yöntem de kullanılarak magnezyum ve brom elde
edilmektedir. Bu işlemler sırasında altın, gümüş, potasyum ve uranyum da elde edilebilir; ancak bu elementlerin
deniz suyundan eldesi ekonomik olmadığından, bunların eldesi için dolaylı yöntemler kullanılır.
Metallerin Cevherlerden Elde Edilmeleri
Doğada bulunan metallerin çoğu cevherlerinden elde edilebilir. Elde edilme işlemi üç aşamada gerçekleşir.
1. Zenginleştirme
2. Zenginleştirilmiş cevherden metalin elde edilmesi
3. Saflaştırma
Metallerin cevherlerinden safsızlıklarından arındırılarak daha saf hale getirilmesine zenginleştirme adı verilir.
Cevherler genellikle kum, kil ve granit gibi istenmeyen maddeler içerir. Bu maddelere gang denir. Zenginleştirme
yapılırken(gang’ın uzaklaştırılması) ilk işlem olarak maden filizleri kırma-öğütme yöntemi ile toz haline getirilir.
Kırma- öğütme yöntemi haricinde son zamanlarda sülfürlü filizlere yüzdürme(flotasyon) metodu uygulanmaktadır.
Kırılıp öğütülerek toz haline getirilen maden filizine temizleme işlemi uygulanır. Bazı temizleme işlemlerinde, az
eğimli karıştırma tablaları kullanılarak, hafif olan çamur yıkanarak cevherden uzaklaştırılabilir. Manyetik alandan
etkilenen metal taşıyan tanecikler, manyetik alandan geçirilirler. Bazı cevherler, tanecik yüzeylerinde elektrik yükü
taşımaları nedeniyle elektrostatik ayrılmaya uğrayabilirler. Yüzdürme yönteminde, toz halindeki cevher su ile
karıştırılır ve karışıma yağ eklenerek karışıma hava üflenir ve köpük oluşumu sağlanır. Bu durumda karışım
köpüklenir. Metal taşıyan tanecikler yağ ile örtülür ve hidrofob tanecikler haline gelirler. Oluşan hidrofob yapılar
köpükteki hava zerreciklerine yapışır ve hafiflemiş olarak yüzeye çıkarlar. Hidrofil olan çamur kısım ise ıslanarak
dibe çöker. Böylece cevher zenginleştirilmiş olur.
11
Zenginleştirme işlemleri çoğunlukla kimyasal değişmeleri de içerir. Bu değişmelerde cevherdeki metal bileşikleri,
metale daha kolay indirgenebilecek türde başka bileşiklere dönüştürülür.
Metal oksitler yüksek sıcaklıkta termal bozunmaya(piroliz) uğrayarak metallere indirgenir.
[Ni(CO)4] →
Ni + 4 CO
Hidrat ve hidroksitler halinde bulunan ve su veya içeren cevherler veya karbonatlar ısıtılarak su ve diğer uçucu
maddelerden temizlenir, bu işlem sırasında karbonatlar bozunur. Bu ısıtma işlemine kalsinasyon adı verilir.
(
)
→
→
→
Yukarıda verilen ilk denklem kalsinasyon işlemini genel olarak göstermektedir. M harfi cevherde bulunan metali
göstermektedir.
Bazı metallerin indirgenme işleminden önce cevherin okside veya halojenüre dönüştürülmesi gerekir. Sülfür
cevherlerinin çoğu havada ısıtıldığında metal oksitlerine çevrilir. Cevherdeki kükürt, nem ve organik maddeler
uzaklaştırılır. Bu işleme kavurma denir.
→
( M : Cu, Zn, Pb)
Kavurma işlemi sırasında bazı metal mineralleri doğrudan metale indirgenebilir.
→
→
Metaller bileşiklerinde pozitif değerlikli olduklarından metalin elde edilmesinde indirgenmesi gerekir. Bileşik
halindeki metallerin eritilerek metalik hale dönüştürülmelerine metalin indirgenmesi denir. Eritme işleminde
gerçekleşen kimyasal tepkimede hem indirgenme hem de yükseltgenme olmaktadır. İndirgenen madde metal
katyonu olurken, kullanılan karbon, karbon monoksit, hidrojen ve aktif metaller ise yükseltgenirler. Çeşitli
cevherlerin indirgenmesinde kullanılan yöntemler şu şekildedir:
12
a) Karbonla
indirgenirler.
indirgenme: Demir, kurşun, mangan ve krom gibi metaller oksitlerinden karbon yardımıyla
Arsenik mineralleri önce kavrulur ve daha sonra karbonla indirgenir.
→
→
→
Demirin filizlerinden elde edilmesi işlemi iki aşamada gerçekleşebilir.
1. Oksit halinde bulunan demir filizlerini kavurmaya gerek yoktur. Oksit halinde bulunmayan demir
filizlerini kavurarak, oksit haline getirmekle demir elde edilebilir. En çok bilinen demir filizleri
Hematit(Fe2O3), Magnetit(Fe3O4), Limonit(Fe2O3 . n H2O), Siderit(FeCO3) ve Pirit(FeS2) dir.
2. Demir oksitlerinin indirgenmesiyle demir elde edilir. İndirgenme yüksek fırınlarda yapılır. İndirgen
madde olarak kok kömürü kullanılır.
→
C + O2
CO2 + C
CO2
→
2 CO
Fe2O3 + 3 CO →
2 Fe + 3 CO2
b) Hidrojen ile indirgenme: Hidrojen belirli metalleri indirgemek için kullanılır. Hidrojen alkali metal oksitleri
hariç, diğer metal oksitlerini indirger. Bunun nedeni alkali metallerin oksijene olan ilgilerinin hidrojenden fazla
olmasıdır.
→
c)
Daha
aktif
metallerle
indirgeme:
Karbonun
indirgeyemediği veya metalin yapısına girerek istenmeyen
özellikler verdiği durumlarda magnezyum, aluminyum, demir gibi
daha aktif indirgenler kullanılır. İndirgenme potansiyelleri karbon
ve hidrojenden daha düşük olan elementlerin kendinden daha
aktif ve daha ucuz metal yardımıyla indirgenmesine aktif metalle
indirgenme denir.
TiCl4 + 2 Mg
→
3 Mn3O4 + 8 Al
Ti + 2 MgCl2
→
9 Mn + 4 Al2O3
Sb2S2 + 3 Fe
→
2 Sb + 3 FeS
d) Elektrolizle indirgeme:Sodyum, potasyum, magnezyum, kalsiyum gibi aktif metallerin halojenürlerinin
indirgenmesi elektrokimyasal yolla gerçekleştirilir. Örneğin, çok aktif olan alkali ve toprak alkali metaller, elektroliz
ile ergimiş florür ve klorür bileşiklerinden elektrolizle elde edilir.
→
( )
( )
( )
→
13
( )
( )
( )
Çeşitli indirgen maddeler kullanılarak elde
edilen metaller çoğu zaman metal ya da
ametal safsızlıkları, curuf ve çözünmüş gazlar
içerir. Bu safsızlıkların giderilmesi gerekir.
Metallerin saflaştırılmasında en çok kullanılan
yöntem elektrolizdir. Çinko ve cıva gibi düşük
kaynama noktası olan metaller damıtmayla az
uçucu olan safsızlıklardan arındırılabilir.
ALAġIMLAR
AlaĢım nedir?
İki ya da daha çok metalden, bazı durumlarda da metallerle karbon, fosfor, tellür gibi elementlerin karışımından
oluşan metal görünümündeki karışımlara alaşım denir. Örneğin pirinç alaşımı, bakır ile çinkonun eritilerek
karıştırılmasıyla, çelik alaşımı ise demire karbon katılmasıyla elde edilir. Alaşımlar, yüksek sıcaklıklar, aşınma,
kimyasal etkiler, metal yorgunluğu gibi etkilere saf metallerin yetersiz kaldığı durumlarda kullanılmak üzere
üretilirler. Alaşımlar metallerin özelliklerini iyileştirmek ve daha kullanışlı maddeler elde etmek için oluşturulur.
Örneğin, demirin sertliğinin yeterli olmadığı durumlarda daha sert yapıdaki çelik alaşımı kullanılır.
Alaşımların özellikleri kendisini oluşturan maddelerin özelliklerinden farklıdır.
Bir alaşımın erime noktası kendisini oluşturan maddelerin erime noktasından daha düşüktür.
Alaşımlar genellikle kendisini oluşturan maddelerden daha serttir. Örneğin, pirinç, hem bakırdan hem de çinkodan
daha serttir. Bu nedenle alaşımlar daha zor tel ve levha haline gelebilirler. İşlenmeleri daha zor olmasına rağmen
döküme daha elverişlidirler.
Alaşımlar genellikle ısı ve elektrik akımını kendisini oluşturan metallerden daha az iletirler.
Alaşımlar kendisini oluşturan maddelere göre kimyasal etkilere daha dayanıklıdırlar. Örneğin, demir çabuk
korozyona uğradığı için, demir yerine gerekli olan yerlerde, demirin bir alaşımı olan paslanmaz çelik kullanılır.
Alaşımlar, kullanılan metallerde göre daha güç oksitlenirler, paslanırlar.
AlaĢımların Sınıflandırılması
Alaşımları oluşturan elementler alaşım içinde denge halinde değişik şekillerde dağılım
gösterirler. Sıcaklık ve alaşımdaki bileşenlere bağlı olarak alaşımlar, homojen veya
heterojen olarak görünürler.
Homojen alaĢımlar: Farklı elementlerin atomlarının düzgün bir şekilde yerleştiği
alaşımlardır. Pirinç ve Bronz homojen alaşımlara örnek olarak gösterilebilir. Homojen
alaşımlar tek fazlı yapıdadır. Katı haldeki homojen alaşım bir katı çözeltiden(çözünen
madde atomlarının metal yapısına atomik halde girmesi) veya bileşikten(metaller arası
bileşik oluşturma) oluşur.
14
a)
Çözünen madde atomlarının alaĢımın yapısına atomik halde girmesiyle oluĢan alaĢımlar
i.
ii.
b)
Örgü boĢluğuna yerleĢme alaĢımı: Alaşımı oluşturan metallerin
yarıçapları farklı ise çapı küçük olan atomlar diğer metalin örgü
boşluklara yerleşir. Bir elementin atomlarının başka bir metalin
örgü boşluklarına yerleşmesi ile oluşan alaşımlara örgü boşluğu
alaşımları denir. İki elementin örgü boşluğu alaşımı oluşturabilmesi
için, çözünen elementin atomik yarıçapının, çözen metalin atomik
yarıçapından %60 daha küçük olması gerekir. Çelik, demirin %2
veya daha az karbon içeren alaşımıdır. Karbon atomları demir
atomlarından daha küçük olduğu için kristal örgüde demir
atomlarının yerini alamazlar. Karbon atomları demir atomlarının
arasındaki boşluklara yerleşir. Örgü boşluklarına yerleşen bu
atomlar, örgüyü oluşturan demir atomlarının hareketlerine ve
elektrik iletkenliklerine büyük ölçüde etki eder. Demir atomlarının
hareketi kısıtlanır. Bu kısıtlılık, alaşımı saf metalden daha sert ve
sağlam yapar.
Yer değiĢtirme alaĢımı: Atomların yarıçapları birbirine çok yakın
olan metallerin oluşturduğu alaşımlardır. Bu tip alaşımlarda
atomların istiflenme sorunu yoktur. Bir elementin atomu, kristal
yapıdaki küçük bir değişiklikle diğer element atomunun yerine
geçebilir. d-blok elementlerinin atomlarının yarıçapları birbirlerine
yakın olduğu için bu tipte çok fazla alaşım oluşturabilirler. Bir
elementin atomlarının, başka bir elementin atomlarıyla yer
değiştirmesi sonucu oluşan bu alaşıma yer değiştirme alaşımı
denir. Cu-Zn ve Au-Ag alaşımları atomların yer değiştirmesi sonucunda oluşan alaşımlardır.
Metaller arası bileĢik tipi alaĢımlar
İki metal karıştırılırken ya da metalle ametal karıştırılırken yeni bir kristal oluşur. Oluşan yeni kristal yapı
alaşımı oluşturan elementlerin kristallerinden tamamen farklı olur. Oluşan kristal belirli ve sabit bir orana sahip
olmuştur. Örneğin çelik oluşurken soğutmanın durumuna bağlı olarak Fe 3C oluşur. Bu yapı bileşik diye tanımlansa
da, Fe örgüsündeki boşluklar içine C atomlarını yerleşmesiyle oluşur(örgü boşluğuna yerleşme). Bu yapıda Fe ve
C atomları hiçbir değişikliğe uğramamıştır. Oluşan ara yapıda atomlar arası bağlar metalik bağ ile kimyasal bağ
arasında değişen bir yapıya sahiptir ve kimyasal bileşiklere benzeyen XaYb şeklinde bileşikler oluşur. Bu tip
alaşımlara metaller arası bileşik tipi alaşımlar(ara bileşikler) adı verilir. Ara bileşiklerin kristal yapıları farklı ve
karmaşıktır. Bazı durumlarda birim hücrede yüzlerce atom birarada bulunabilir. Bu nedenle çok serttirler. C, N, B
gibi elementlerle metallerin oluşturduğu bu tip alaşımlarda kimyasal bağın payı daha yüksektir. Bu yapıdaki
alaşımların erime noktaları çok yüksektir.
15
Metaller arası bileşik tipi alaşımların oluşmasında kristal yapı ve büyüklükten başka değerliklerde önem kazanır.
Eğer karışan metallerin yükseltgenme basamakları çok farklı ise metal atomları arasında bileşik oluşturma eğilimi
gözlenir. Metaller arası bileşikler elementlerin basit tamsayılarla birleşmesinden oluşurlar. Örneğin, Na4Ti, Na2Ti,
ve NaSi gibi basit iyonik metal çözeltileri ve Nb 3Sn gibi süper iletken maddeler metaller arası bileşiklere örnek
olarak gösterilebilir. Bu tip bileşiklerin kristal yapısı çoğunlukla elementlerinin kristal yapısından farklıdır.
Aluminyum ve Gümüş alaşımlarında değerlikleri ve büyüklükleri farklı olduğu için, gümüş ile aluminyum metaller
arası bileşik yaparlar.
Heterojen AlaĢımlar: Farklı bileşimlerdeki kristal faz karışımlarından oluşmuştur. Heterojen alaşımlara tenekekurşun, lehim ve cıva amalgaması örnek gösterilebilir. Heterojen alaşımlar birden fazla faz içeren alaşımlardır.
Homojen olmayan alaşımlar katı fazların karışmasıyla oluşurlar.
HĠDROJEN
Hidrojen evrende en çok bulunan elementtir. Hidrojenin evrendeki bolluğu oldukça fazla olduğu halde dünyadaki
bolluğu daha azdır. Hidrojen atomlarının çok hafif olması nedeniyle ortalama hızları yüksektir ve yer çekiminden
kolaylıkla kurtulabilirler. Bu nedenle yeryüzünde bulunan hidrojenin büyük bir kısmı bileşikler halindedir.
Hidrojenin oluşturduğu en önemli bileşik sudur.
o
Hidrojen, patlayıcı özelliğinden dolayı uzay araçlarında yakıt olarak kullanılır. Hidrojenin kaynama noktası -253 C
dir. Oda koşullarında gaz halindedir. Renksiz, kokusuz, tatsız, molekül kütlesi ve özkütlesi bilinen elementler
içinde en küçük olan çift atomlu moleküllerden oluşan bir gazdır.
Hidrojen Elde Etme Yöntemleri
Hidrojeni bileşiklerinden elde etmenin çeşitli yolları vardır. Bu yöntemlerden bazıları şunlardır.
1.
Laboratuvarda standart indirgenme gerilimleri hidrojenden küçük olan metallerden birinin(Mg, Al, Zn, Fe, Ni,
Sn, Pb gibi) seyreltik bir asit çözeltisiyle tepkimesi sonucunda hidrojen gazı elde edilir.
Mg(k) + 2 HCl(suda) →
MgCl2(suda) + H2(g)
Al(k) + 3 HCl(suda)
AlCl3(suda) + 3/2 H2(g)
→
2.
Laboratuvarda aktif metallerin (1A grubu metalleri ve 2A grubundan Ca, Sr, Ba) oda sıcaklığında suyla
etkileşmesinden H2 gazı elde edilir.
16
Na(k) + H2O(s)
→
NaOH(suda) + 1/2 H2(g)
3.
Laboratuvarda sodyum borhidrürün(NaBH4)
tepkimesinden H2 gazı elde edilir.
NaBH4 + 2 H2O(s)
→
su
ile
NaBO2 + 4 H2(g)
4.
Laboratuvarda suyun elektrolizi sonucunda H2 gazı elde
edilir. Hoffmann voltametresinde yapılan işlem sonucunda katotta
hidrojen gazı elde edilirken anotta oksijen gazı elde edilir.
Tepkime sonucunda anotta oluşan oksijen gazının hacmi, katotta
oluşan hidrojen gazının yarısı kadardır.
5.
Endüstride çok yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılan
metallerin(Fe, Mg) üzerlerinden su buharı geçirilerek hidrojen
elde edilebilir. Bu yöntemle hidrojen elde edilirken genellikle
hurda demir kullanılır.
3 Fe(k) + 4 H2O(g) →
Fe3O4(k) + 4 H2(g)
Oluşan Fe3O4 kızgın haldeyken üzerinden CO gazı geçirilirse bileşik tekrar demire dönüşür. Böylece aynı demir
hidrojen eldesinde tekrar kullanılabilir.
Fe3O4(k) + 4 CO(g)
→
3 Fe(k) + 4 CO2(g)
o
6.
Endüstride kızgın kok kömürü üzerinden 100 C sıcaklıkta su buharı geçirilirse, su gazı olarak bilinen ve yakıt
olarak kullanılan CO + H2 karışımı elde edilir.
C(k) + H2O(g)
→
CO(g) + H2(g)
o
CO gazının 500 C sıcaklıkta Fe/Cu katalizörlüğünde suyla tepkimesi sonucunda CO2 ve H2 elde edilir.
CO(g) + H2O(g)
→
CO2(g) + H2(g)
Yukarıdaki tepkimeler, linyit kömürü kullanılarak Ni katalizörlüğünde tek basamakta da gerçekleşebilir.
C(k) + H2O(g)
CO2(g) + H2(g)
7.
Endüstride Ni katalizörlüğünde yüksek sıcaklıkta hidrokarbonların(yapısında C ve H içeren organik bileşikler)
su buharı ile tepkimesinden H2 gazı elde edilir.
C2H6(g) + 2 H2O(g)
2 CO(g) + 5 H2(g)
8.
Endüstride de suyun elektroliziyle hidrojen elde edilebilir. Endüstride H2 eldesi gerçekleştirilirken
laboratuvardaki düşük basınç ve sıcaklık koşulları yerine yüksek sıcaklık ve basınç koşulları oluşturulur.
Hidrojenin Ġzotopları ve Kullanım alanları
Hidrojenin doğada üç izotopu(atom numaraları aynı, nötron sayıları farklı atomlar) vardır. Bunlar hidrojen( ),
dötoryum ( ) ve trityum ( ) izotoplarıdır.
izotopunun doğada bulunma yüzdesi % 99,984,
izotopunun
bulunma yüzdesi % 0,015,
izotopunun bulunma yüzdesi ise yok denecek kadar azdır. Bunun nedeni trityum
çekirdeğinin kararsız bir yapıya sahip olmasıdır.
Bir dötoryum( ) atomunun çekirdeği, bir hidrojen( ) atomunun çekirdeğinden iki kat daha ağırdır. Dötoryum
radyoaktif değildir, kirliliğe yol açmaz. Oksijenle birleştiğinde oluşturduğu dötoryum oksit bileşiği ağır su olarak
bilinir ve nükleer santrallerde soğutucu ve nötron yakalama amaçlı kullanılır.
Trityum radyoaktif özellik gösterir. Yarılanma süresi 12,32 yıldır. Yapmış olduğu β ışımasıyla
oluşturur.
Trityum, nükleer füzyon sistemlerinde, kendi kendine ışık veren saat rakamlarının ışık saçmasında kullanılır.
17
Hidrojenin Özellikleri ve Kullanım Alanları
1.
Renksiz, kokusuz, tatsız ve iki atomlu gazdır. Suda, fosil yakıtlarda ve birçok hidrokarbon bileşiğinde bileşik
halinde bulunur.
2.
Yanıcı ve patlayıcıdır. Yanıcı olmasına rağmen pahalılığı nedeniyle ancak özel amaçlar için kullanılır.
Hidrojen gazı çelik tanklarda depolanır. Depolandığı tanktan sızabilir ve bir çatlak oluşması durumunda çok hızlı
boşalır. Ortamdaki hava ile karışan hidrojen patlayıcı ve yanıcı hale gelir. Yanma olayında hidrojen gazı yanarak
havada yukarı doğru hareket eder. Diğer yakıtlar yanarken çevrede tahribat yaparlar. Hidrojenin oda koşullarında
kimyasal aktivitesi yüksek değildir. Havada tutuşturulduğu zaman soluk mavi bir alevle yanar.
2 H2(g) + O2(g) →
2 H2O(g)
Hidrojen ve oksijen kullanılarak yüksek sıcaklık elde etmeye yarayan hidrojen hamlacı(otojen kaynak) adı
verilen alet metalleri eriterek kaynak yapmakta kullanılır. Bu aletin benzerlerinden üstün olan tarafı, hidrojenin
indirgen özelliğinden dolayı kaynak yeri oksitlenmez.
3.
o
o
Erime noktası -259,14 C, kaynama noktası -253 C dir.
4.
Yoğunluğu 0,0899 g/L dir. Yoğunluğu düşük olduğu için az yer kaplar. Bu nedenle endüstride özellikle
inorganik kimya endüstrisinde amonyak sentezinde kullanılır. N 2 ve H2 gazlarının yüksek sıcaklık ve basınç
altındaki katalizörlü tepkimesi sonucu amonyak oluşur. Elde edilen NH 3 gübre hammaddesi olarak kullanılır.
( )
5.
( ) →
( )
En hafif elementtir. Difüzyon hızı diğer gazlara göre yüksektir.
6.
İyi bir indirgendir. Bu özelliği sayesinde metalurjide indirgen olarak kullanılır. Metal oksitlerini metale indirger.
Tepkimeler sonucunda hidrojen oksijenle etkileşerek su oluşturur.
CuO(k) + H2(g)
FeO(k) + 3 H2(g)
→
Cu(k) + H2O(g)
→
Fe(k) + 3 H2O(g)
7.
Besin endüstrisinde sıvı yağlardan margarin elde edilmesinde hidrojen kullanılır. Sıvı yağlarda, C atomları
arasında bulunan çift bağlar, hidrojenin yapıya katılmasıyla açılırarak tek bağa dönüşür ve katılaşma gerçekleşir.
8. Hidrojen birçok metalle birleşerek hidrürleri oluşturur. Periyodik cetvelin 1A ve 2A gruplarında bulunan
kalsiyum, stronsiyum, baryum, sodyum, potasyum gibi metalleri ile odak sıcaklığında beyaz renkli kristaller
halindeki hidrürleri oluşturur. Hidrürler iyonik bileşiklerdir. Bu bileşiklerinde hidrojen -1 değerliklidir.
Na(k) + 1/2 H2(g)
Ca(k) + H2(g) →
→
NaH(k)
CaH2(k)
Ġkincil Enerji Kaynağı Olarak Hidrojen
Hidrojen diğer enerji kaynakları kullanılarak elde edildiği için ikincil enerji kaynağı sayılır. Hidrojen petrol
kaynaklarına göre daha iyi bir yakıttır. Ancak hidrojen doğada serbest halde çok miktarda bulunmadığı için üretimi
ekonomik değildir. Hidrojen yakıldığında ürün olarak su oluşur. Yani zararlı bir ürün oluşmaz. Hidrojen bu
anlamda çevre dostudur. Hidrojenin bir başka avantajı da güneş ve rüzgar enerjisi kullanılarak sudan üretilebilir.
Oluşan hidrojen enerji kaynağı olarak kullanıldığında da yeniden suya dönüşür.
18
ALKALĠ VE TOPRAK ALKALĠ METALLER
1
Periyodik cetvelde 1A grubunda alkali metaller bulunur. Değerlik elektron dizilişleri ns şeklindedir. En aktif metal
grubudur. Çok aktif oldukları için doğada serbest halde bulunmazlar. Periyodik cetvelde yukarıdan aşağıya
inildikçe iyonlaşma enerjileri azalır.
2
Periyodik cetvelde 2A grubunda toprak alkali metaller bulunur. Değerlik elektron dizilişleri ns şeklindedir. Alkali
metallere göre aktiflikleri daha azdır. Periyodik cetvelde yukarıdan aşağıya inildikçe iyonlaşma enerjileri azalır.
1A ve 2A grubu elementlerinin oksit ve hidroksitlerinin sulu çözeltilerinin pH değerleri ölçüldüğünde bazik karakter
gösterdikleri anlaşılır. Bu nedenle, 1A ve 2A grubu elementleri alkali(baz yapıcı) adını alırlar. 2A grubu
elementleri toprakta en bol bulunan elementler oldukları için toprak alkali olarak adlandırılırlar. 2A grubu metalleri
toprakta bol bulundukları için bitkilerin yapısında da bu grup elementlerine rastlanır. 1A grubu metallerinin
bileşikleri genellikle suda çözünür. Deniz ve okyanus sularında ve kayalarda bol miktarda bu bileşiklerden
bulunur. Toprakta ve alkali toprakta bulunan başlıca mineraller, feldspat, kil, kireç taşı, dolamit ve oksitlerdir. Bu
mineraller 1A ve 2A grubu elementlerinin kaynağıdır.
Alkali ve Toprak Alkali Metallerin Kimyasal Özellikleri
Alkali ve toprak alkali metaller çok aktif oldukları için doğada bileşikler halinde bulunurlar. Örneğin Li2O, NaCl,
MgCO3, CaCl2 gibi.
1A grubu elementleri yaptıkları bileşiklerde 1+ yükseltgenme basamağında bulunurlar. Çözeltilerinde 1+ yüklü
iyon oluştururlar. Çok güçlü indirgen özellik gösterirler. Bu nedenle soğuk suyla bile kolaylıkla tepkime verirler.
Başka bir deyişle 1A grubu elementleri suyla tepkimeye girerek metal hidroksitleri ve hidrojen gazı oluştururlar.
2 Na(k) + 2 H2O(g) → 2 NaOH(suda) + H2(g)
2 K(k) + 2 H2O(g) → 2 KOH(suda) + H2(g)
Alkali metaller havayla temas ettiklerinde oksijenle birleşerek oksitleri oluştururlar.
4 Li(k) + O2(g) → 2 Li2O(k)
Li dışındaki(havadan en az etkilenen alkali metal) alkali metaller havanın oksijeniyle birleşerek oksit veya peroksit
oluştururlar.
4 Na(k) + O2(g) → 2 Na2O(k)
2 Na(k) + O2(g) → 2 Na2O2(k)
1A grubundaki Potasyum, rubidyum ve sezyum elementleri oksijenle oksit ve peroksit dışında süperoksitte
oluşturabilirler. Süperoksitlerde oksijen
halinde bulunur.
K(k) + O2(g)
→
KO2(k)
Alkali metaller halojen, kükürt, fosfor ve hidrojen elementleri ile kolay tepkime verirler. Azotla kolaylıkla tepkime
veren tek alkali metal lityumdur.
Bütün alkali metaller halojenlerle şiddetli tepkimeye girerler. Alkali metal halojenürleri yüksek erime noktasına
sahiptirler. Eritilmiş halde elektriği iyi iletirler. LiF hariç, bütün alkali metal halojenürleri suda iyi çözünürler.
2 M(k) + X2(g)
→
2 MX(k)
( X2 halojeni göstermektedir.)
2A grubu elementleri bileşiklerinde 2+ yükseltgenme basamağına sahiptirler. 2A grubu elementlerinden berilyum
ve magnezyumun bazı bileşikleri iyonik bileşik özelliğinden daha çok molekül yapılı bileşik özelliği gösterir.
Berilyum su buharı ile tepkimeye girmez. Magnezyum ise su buharı ile tepkimeye girer. Kalsiyum, stronsiyum, ve
baryum soğuk suyla bile tepkimeye girer.
Ca(k) + 2 H2O(g)
→
Ca(OH)2(suda) + H2(g)
19
Sr(k) + 2 H2O(g)
→
Sr(OH)2(suda) + H2(g)
Ba(k) + 2 H2O(g)
→
Ba(OH)2(suda) + H2(g)
Kalsiyum, stronsiyum ve Baryum odak sıcaklığında oksijenle tepkimeye girerek oksitleri oluştururlar.
2 Ca(k) + O2(g)
→
2 CaO(k)
Berilyum ise ancak yüksek sıcaklıkta oksijenle tepkimeye girerek berilyum oksiti oluşturur.
2 Be(k) + O2(g)
→
2 BeO(k)
Berilyum hidroksit(Be(OH)2) amfoter özelliktedir. Li, Na, K, Cs, Rb, Mg, Ca, Ba, Sr elementlerinin hidroksitleri ise
baziktirler.
Magnezyum, havada magnezyum oksit ve magnezyum nitrit vermek üzere parıltılı bir şekilde yanar.
2 Mg(k) + O2(g)
→
2 MgO(k)
3 Mg(k) + N2(g)
→
2 Mg3N2(k)
2A grubu metalleri, halojenler, kükürt, azot, fosfor ve karbonla uygun sıcaklıklarda doğrudan tepkime verirler.
Kalsiyum, stronsiyum ve baryum hidrojenle de tepkime verir.
Ca(k) + Cl2(g)
→
2 CaCl2(k)
1A ve 2A grubu elementlerinin halojenlerle oluşturdukları tuzları birbirinden ayırt etmek için alev testi uygulanarak
verdikleri renklere göre değerlendirme yapılır.
Alkali ve toprak alkali metaller güçlü indirgen özelliklerinden dolayı asitlerle tepkime vererek tuz ve hidrojen gazı
oluştururlar.
Alkali metallerle asitlerin tepkimesi
→
Toprak alkali metallerle asitlerin tepkimesi
M(k) + HX
→ M(k) + 2 HX
→
→
MX(k) + 1/2 H2(g)
MX2(k) + H2(g)
Alkali ve Toprak Alkali Metallerin Elde EdiliĢ Yöntemleri
Alkali ve toprak metaller doğada aktifliklerinden(güçlü indirgen) dolayı bileşikler halinde bulundukları için elde
edilmeleri de çok zor olur. Elde edilişlerinde genel olarak elektrokimyasal yöntem kullanılmaktadır. Erimiş tuzları
veya hidroksitleri elektroliz edilerek elde edilmektedirler.
Karbon ve hidrojen elementlerinin standart indirgenme gerilimleri alkali ve toprak alkali metallerin indirgenme
gerilimlerinden
yüksek
olduğu için, alkali ve toprak
alkali
metalleri
indirgeyemezler.
Alkali metallerden Li ve Na,
erimiş klorürlerinin elektrolizi
ile
elde
edilir.
NaCl
bileşiğinin erime noktası
yüksek olduğu için karışıma
CaCl2
katılarak
erime
noktası düşürülür ve erimiş
karışım elektroliz edilir.
Elektrolizde kalsiyum metali
de oluşur. Oluşan sıvı karışım soğutulduğunda metaller birbirinden ayrılır.
2 NaCl(s)
→
2 Na(s) + Cl2(g)
20
Alkali ve toprak alkali metallerin bileşiklerinin elektrolizi için sulu çözeltileri yerine erimiş halleri kullanılır. NaCl
bileşiğinin sulu çözeltisi elektroliz edilirse, katotta Na metali yerine indirgenme gerilimi daha yüksek olan su
indirgenir ve H2 gazı oluşur. Bu nedenle Na elde etmek için tuzun çözeltisi değil, erimiş hali kullanılır.
2A grubu metallerinden Mg, bileşiklerinin elektrolizi ya da bir indirgen ile indirgenmesi sonucunda elde edilir.
2+
Elektroliz işleminde deniz suyu veya magnezyumun tuzlarını içeren sular kullanılır. İşlem sırasında önce Mg
iyonu Ca(OH)2 ile çöktürülür. Çöken Mg(OH)2 yıkanır, süzülür ve HCl çözeltisi ile tepkimeye sokulur ve sulu
ortamda MgCl2 elde edilir. Ortamdaki su buharlaştırılarak MgCl 2 kurutulur. MgCl2 elektroliz edilir ve katotta Mg
elde edilir.
2+
Mg (suda) + Ca(OH)2(suda)
Mg(OH)2(k) + 2 HCl(suda)
MgCl2(s) →
2+
→
→
( )
Mg(OH)2(suda) + Ca (suda)
MgCl2(suda) + 2 H2O(s)
( )
Sanayide bazı metaller başka metaller yardımıyla indirgenerek elde edilir. Örneğin, KCl erimiş tuzuna Na metali
+
katılırsa K iyonları K metaline indirgenir. Bu tepkime tersinir bir tepkimedir. Potasyumun indirgenme geriliminin,
sodyumun indirgenme geriliminden düşük olmasına rağmen bu tepkime yüksek sıcaklıkta ve Le Chatalier ilkesine
göre ortamdan K metalinin uzaklaştırılmasıyla gerçekleşebilir. Düşük sıcaklıkta ileri yönde endotermik olan bu
o
tepkimede, KCl bileşiğinden K gazını elde etmek mümkün değildir. Bunun için sıcaklık 850 C'ye çıkarılır ve oluşan
K sürekli ortamdan uzaklaştırılır.
KCl(s) + Na(s)
NaCl(s) + K(g)
Titan, zirkonyum ve hafniyum gibi metallerin elde edilmesinde de sodyum metali indirgen olarak kullanılır.
Alkali ve Toprak Alkali Metallerin Kullanım Alanları
Alkali metallerin pek çok alanda kullanımı sözkonusudur.
Lityum en hafif metaldir. Havada çok kolay yükseltgendiği için havasız ortamda saklanır. Metalik Li çok az oranda
bazı alaşımların yapısına girer(alaşımı daha hafifletmek amacıyla). Lityum ve Berilyumla oluşturduğu alaşımlar
çok serttir ve düşük yoğunluğa sahiptir. Bu özelliklerinden dolayı uzay araçlarında ve uçak endüstrisinde kullanılır.
Lityum bileşikleri, lityum iyon pillerinin yapımında, seramiklerde sırlama işlemlerinde ve yağlayıcı maddelerde
kullanılır. Lityum karbonat, akıl hastalıklarının tedavisinde kullanılır.
+
Potasyum, aktif bir metal olduğu için ultraviyole ışığın etkisinde elektron vererek K iyonunu oluşturur. Bu özellik
kullanılarak alkali foto hücreleri yapılır. Bu hücreler sesli filmlerde ve televizyonlarda kullanılır. Potasyum iyodür
tuzunun alkollü çözeltilerine tentürdiyot adı verilir. Antiseptik olarak kullanılır. Sabun yapımında potasyum tuzları
kullanılırsa yumuşak sabun(arap sabunu) elde edilir.
Sodyum, iyi iletken olduğu için nükleer reaktörlerde soğutma sıvısı olarak, organik maddelerin eldesinde, buharlı
lambaların doldurulmasında, uçak motorlarının soğutma sistemlerinde, sezyum fotosellerin ve elektron borularının
yapımında kullanılır. Sodyum tuzları sanayide sabun, tuz, kabartma tozu, cam ve boya yapımında ve ilaç
endüstrisinde kullanılır.
Rubidyum, Foto-elektrik pillerinde, özel cam yapımında, vakum tüplerinde toplayıcı olarak kullanılır. Rubidyum
yüksek sıcaklıkta iyonlaştığı için, oluşturduğu iyonlar manyetik alandan geçerken jeneratör armatürü gibi görev
yapar(buhar türbinlerinde) ve böylece elektrik üretilir.
Berilyum, oda sıcaklığında kırılgan olan bir maddedir. Bazı alaşımların yapısına katılır. Bakır içine karıştırılan %3
oranında berilyum, bakırın elektriksel özelliklerine etki etmeden kopma direncini 6 katına kadar artırır. Berilyumun
atom numarası küçük olduğundan elektronları ve röntgen ışınlarını kolayca geçirir. Berilyum çekirdek
reaktörlerinde moderator maddesi ve nötron yansıtıcı olarak da kullanılır.
Magnezyum organik kimyada Grignard çözeltilerinin hazırlanmasında kullanılır. Magnezyumun en çok kullanılan
alaşımı duralümindir. Mekanik özellikleri çok uygun olan bu alaşım aynı zamanda çok hafif olduğu için uçak
yapımında da kullanılmaktadır.
21
Kalsiyum, bazı organik çözücülerin suyunu almada, metaluride erimiş metallerin içindeki gazları almada,
aluminyum alaşımlarını sertleştirmede ve silisyumla olan alaşımı çelik yapımında kullanılır. Bazı metallerin elde
edilmesinde indirgen olarak kullanılır. Kurşun-kalsiyum alaşımı, makinalarda yatak vazifesi görür.
Stronsiyum işaret fişeklerinde kullanılır. Tuzları çok zehirlidir.
Baryum vakum tüplerinin yapımında gaz çekici olarak kullanılır. Nikelle oluşturduğu alaşımlar ateşleme bujilerinde
kullanılır. Baryum sülfat bileşiği, mide röntgen filmleri çekilirken hastaya içirilir ve boyanın dayanıklılığını artırır.
Baryum nitrat, işaret fişekleri ve eğlence fişeklerinin yapımında kullanılır.
Radyum radyoaktif özelliktedir. Bazı cilt hastalıklarının ve kanserin ışın tedavisinde kullanılır.
TOPRAK GRUBU ELEMENTLERĠ
Toprak grubu elementleri periyodik cetvelde 3A grubunda bulunan elementlerdir. 3A
2
1
grubu elementlerinin son enerji düzeyindeki elektron dizilişi ns np şeklindedir. 3A
grubu elementleri bileşiklerinde 3+ değerlik alır. Grubun ilk elementi olan bor elektron
vermekte zorlandığı için kovalent bağ yapar. Grupta yer alan Talyum(Ta) elementi
bazı bileşiklerinde 1+ değerlik alabilmektedir. Başka bir deyişle 3A grubunda
yukarıdan aşağıya inildikçe 1+ yükseltgenme basamağına sahip bileşiklerde
oluşturabilirler.
Element
Bor(B)
Aluminyum(Al)
Galyum(Ga)
İndiyum(In)
Talyum(Tl)
Atom
Numarası
5
13
31
49
81
Elektron dizilimi
Elektronegatiflik
[He]2s22p1
[Ne] 3s23p1
[Ar]4s23d104p1
[Kr]5s24d105p1
[Xe]6s24f145d106p1
2,04
1,61
1,81
1,78
1,80
Yoğunluk
(g.cm-3)
2,47
2,70
5,91
7,29
11,87
I.İyonlaşma Enerjisi
(kJ.mol-1)
800,6
577,6
578,8
558,3
589,3
Çizelge. Toprak grubu elementlerinin bazı özellikleri
Bor elementinin doğal mineralleri
Toprak grubu elementlerinin ilk üyesi olan bor, ametaldir. Diğer üyeler fiziksel ve kimyasal özellikleri bakımından
metaldir. Bor, doğada bileşikleri halinde bulunur. Ülkemizde de bol bulunan başlıca bor mineralleri
kolemanit(Ca2B6O11 . 5 H2O), boraks(Na2B4O7 . 10 H2O), kernit(Na2B4O7 . 4 H2O), pandermit(Ca2B6O11 . 3 H2O)
tir.
Bor ve bor alaĢımlarının eldesi, özellikleri ve kullanım alanları
Bor ilk kez 1808 yılında Gay Lussac ve Thenord tarafından bor trioksitin potasyum ile tepkimesinden elde
edilmiştir. Daha sonra Davy, bor elementini elektrolizle elde etmiştir.
Bor elde edebilmek için öncelikle bor minerallerinden borik asit elde edilmesi gerekir. Örneğin, kolemanit
mineralinden borik asit üretimi şu şekilde yapılır.
o
Kolemanit, kırma öğütme işlemi ile ufaltılır ve oluşan taneler 95 C sıcaklıkta % 92,5 lik H2SO4 ile tepkimeye
sokulur. Tepkime sonunda oluşan karışım süzme işlemi ile yabancı maddelerden arındırılır. Süzülen kısım
0
30 C'ye kadar soğutulur ve kristallenme sonucu oluşan kristaller kurutulur.
Ca2B6O11 . 5 H2O + 2 H2SO4 + 6 H2O
→
2 CaSO4 . 2 H2O + 6 H3PO3
Oluşan borik asit(H3PO3), bor trioksite dönüştürülür.
2 H3PO3
→
B2O3 + 3 H2O
Elde edilen bor trioksit(B2O3), magnezyum ile indirgenerek amorf bor elde edilir.
22
B2O3 + 3 Mg
→
2 B + 3 MgO
Kristal bor, bor triklorürün hidrojenle indirgenmesinden elde edilir.
2 BCl3 + 3 H2 → 2 B + 6 HCl
o
Bor tribromür, sıcak tungsten flaman üzerinde 1500 C'de hidrojen ile indirgenirse saf kristal bor elde edilir.
2 BBr3 + 3 H2 → 2 B + 6 HBr
Potasyum floroborat(KBF4)'ün elektrolizi ile yüksek saflıkta bor elde edilir.
o
En saf bor, bor iyodür gazının 900 C'ye kadar ısıtılmış talyum teli üzerinde ayrıştırılmasıyla elde edilir.
2 BI3 + Isı
→
2 B + 3 I2
Bor elementi donuk metalik bir parlaklığa sahiptir. Bu görünüşü ile metal gibi görünmesine rağmen elektriği
iletmez, katı halde çok sert olduğu için kırılgandır. Bor yarı iletken bir madde olduğu için sıcaklık arttıkça iletkenliği
artar. Kimyasal özellikleri aynı gruptaki diğer elementlerden çok ametallere benzer.
Borun kimyasal aktifliği, saflığına, kristal yapısına ve sıcaklığa bağlıdır. Oda sıcaklığında flor, yüzeyinin
oksijenden etkilenmesi hariç tepkimeye girmez. Yüksek sıcaklıklarda H, Te ve Ge elementleri ve soygazlar hariç
bütün ametallerle ve alt grubundaki metaller hariç tüm metallerle tepkime verir. Borun kimyasal davranışını küçük
atom çapı ve iyonlaşma enerjisi belirler. Borun kovalent bileşiğe 3 elektronla katkıda bulunması, elektron çifti
alıcısı olmasını(Lewis asiti) ve çok merkezli bağlanmasını sağlar.
Amorf bor, bakırın oksitlerinin giderilmesinde, aluminyumun iletkenliğinin artırılmasında ve çeliğin
sertleştirilmesinde kullanılır. Elmastan sonra elementlerin en serti kristal halindeki bordur. Bor telleri, plastik ve
metallerle kullanılırsa bu malzemelerin dayanıklılığını artırır. Borun küçük boyutlu olması, geçiş elementlerinden
Fe, Ni ve Co ile çok çeşitli alaşımlar oluşturmasını sağlar. % 0,04-4,2 bor içeren Fe-B(Ferrobor) alaşımları ve
o
yüzeyinde ince FeB tabakası olan borlanmış çelikler, 1000 C'ye kadar oksidasyona dayanırlar. Bu nedenle
yüksek sıcaklıkta korozyona uğrayabilecek alanlarda kullanılırlar. Ferrobob bu nedenle, sertleşebilirlik özelliğini
sağlamada, paslanmaz çeliklerde kaynak kabiliyetini yükseltmede, nükleer reaktörlerde regülatör çubuğu
yapımında, çeliklerde yüzey sertleştirmede, nötron emilimini artırmada, otomobillerin sileceklerinde, marş
motorlarında, cep telefonlarında, metalik cam üretiminde, yüksek frekanslı trafo çekirdeklerinde, EKG cihazlarının
sensörlerinde kullanılmaktadır.
Borun elektrik iletkenliği azdır. Fakat yüksek sıcaklıkta serbest hale geçen elektron sayısı artar ve elektrik akımını
daha fazla iletir. Bu özelliği sayesinde magnezyumla oluşturduğu alaşımlar bilgisayarların daha hızlı çalışmalarını
sağlar.
Borun kararlı iki izotopu yüksek sıcaklıkta nötron soğurma özelliğinde olduğu için nükleer reaktörlerde nötron
soğurucu olarak kullanılır.
Yine nükleer reaktörlerde elektron yakalma özelliğinden dolayı kontrol çubuğu olarak kullanılır. Radyoaktif bor,
kanser tedavisinde de kullanılır. Radyoaktif bor yaydığı alfa ışınları ile kanserli hücreleri yok eder.
Bor bileĢiklerinin özellikleri ve kullanım alanları
Dünyada ticari olarak üretilen ve çok değişik kullanım alanları olan özel bor bileşikleri vardır. Bu bileşikler rafine
bor ürünleri kullanılarak üretilirler. Bu bileşiklerden en yaygın olanları boraks, borik asit, sodyum perborat,
boranlar, sodyum borhidrür ve sodyum metaborattır.
Borik asit(H3PO3) ılıcalarda bulunan, beyaz yapraklar şeklinde kristallenen bir maddedir. Borik asit, kağıt gibi
selüloz yapısında olan maddelerin alev almasını önlediği için evlerde kullanılan duvar kağıtlarına katılır. Tıpta
antiseptik madde olarak en çok göz damlalarında, göz pomatlarında ve talk pudralarında kullanılır. Bu ilaçların
içine %5-10 konsantrasyonunda borik asit katılır.
23
Boraks(Na2B4O7 . 10 H2O), porselen eşya ve ısı değişikliğine dayanıklı cam(pyreks) yapımında kullanılır. Toz
halindeki boraks, camı renklendirmek için cam imalatı sırasında katkı maddesi olarak kullanılır.
Boraks ve borik asit, bakterileri öldürücü nitelikleri, su içinde kolay çözünmeleri ve yumuşatıcı özellikleriyle
sabunlara, temizleyicilerde, deterjanlarda, çok çeşitli ilaçların yapımında, tekstil boyamalarında, tarım sanayiinde
çok yaygın kullanım alanına sahiptir.
Sodyum perborat(NaBO3 . 4 H2O), renkleri soldurmayan ağartıcıların yapımında kullanılır.
Boranlar, hidrojence zengin oldukları için enerji hammaddesi olarak kullanılırlar. Boranlardan tetraboran(B 4H10)
katı yakıt olarak füzelerde kullanılır.
Sodyum borohidrür(NaBH4), oto endüstrisinde kullanılmaktadır. NaBH4 özellikle organik kimyada çok kullanılan bir
indirgendir. Herhangi bir yüzeyin nikel ile kaplanmasında da kullanılır.
Aluminyum
Yer kabuğunda oksijen ve silisyumdan sonra en çok rastlanan elementtir. Korozyona karşı dayanıklı, hafif ve
termal iletkenliği özelliğine sahiptir. Serttir ve mekanik dirence elverişlidir. Kolay işlenebilir özelliktedir. Manyetik
özelliği yoktur. Oksitlenmemişse, parlaktır. Doğada oksit, hidratlanmış oksit ve silikat halinde bulunur. Aluminyum
oksit, doğada bulunan hemen hemen her mineralin yapısına girmiştir. Aluminyumun en önemli mineralleri boksit,
feldspat ve killerdir.
Boksit, hidratlanmış aluminyum oksit mineralidir. Aluminyum oksitin monohidrat(Al 2O3.H2O) ve
trihidratlarının(Al2O3.3H2O) karışımıdır. Türkiye'de Konya(Seydişehir), Antalya, Adana, Gaziantep ve Muğla'da
geniş boksit yatakları bulunmaktadır.
Feldspat(K2O.Al2O3.6SiO2) silkat yapısına, bol bulunan minerallerden birisidir.
Kil adı ile bilinen çok çeşitli mineraller vardır. Kaolin(Al 2O3.2SiO2.2H2O) en saf kil çeşitidir. Kil mineralleri,
tabakaları arasındaki birtakım inorganik ya da organik anyon ve katyonları değişebilir konumda tutma özelliğine
+
sahiptir. Bu iyonlar sulu çözeltide bulunan başka iyonlarla değiştirilebilirler. Örneğin, değişebilir katyon olarak Na
2+
+
iyonu içeren kil, CaCl2 çözeltisi ile karıştırıldığında, çözeltideki her Ca iyonu, iki Na iyonunun yerini alır. Bu
işleme katyon değiĢtirme denir. Kil minerallerinin kullanıldığı alanlarda katyon değişimi tepkimeleri önemlidir.
Alumüinyumun elde ediliĢ yöntemleri
Doğada bulunan alumino silikat bileşikleri oldukça kararlı ve diğer minerallerle karışık olduğu için bu minerallerden
aluminyum eldesi çok zordur. Endüstride aluminyum üretimi için yalnızca boksit minerali kullanılmaktadır. Metalik
aluminyumun saflandırılmış boksitten elde edilmesi Hall- Heroult elektroliz yöntemiyle sağlanır.
Bu işlem iki aşamada gerçekleşir.
1.
Boksitten saf alumin üretimi: Alumin üretiminde cevherin bileşimine bağlı olarak iki yöntemden biri seçilir.
Yüksek aluminyum oranına sahip(yüksek tenörlü-cevher içerisindeki kıymetli elementin yüzdesel oranı) boksit
cevherlerine Bayer Yöntemi(YaĢ Yöntem), fazla miktarda silisyum içeren boksit cevherlerine Kuru Yöntem
uygulanır.
Bayer ve kuru yöntem ile cevher, alumin'e(Al 2O3) dönüştürülür.Önce boksitin saflaştırılması için mineral NaOH ile
tepkimeye sokulur. Demir amfoter özellikte olmadığı için bazdan etkilenmez, çözünmez.
Al2O3 + 2 NaOH →
2 Na3AlO3 + 3 H2O
SiO2 + 2 NaOH →
Na2SiO3 + H2O
Çözelti süzülerek Fe2O3 ve diğer safsızlıklardan arındırılır. Süzülen kısım soğutulur ve içine bir miktar aluminyum
hidroksit eklenirse çözeltideki aluminat iyonları aluminyum hidroksit olarak çöker.
NaAl(OH)4
→
Al(OH)3 + NaOH
Aluminyum hidroksit ısıtılırsa saf aluminyum oksit oluşur.
24
→
2 Al(OH)3
Al2O3 + 3 H2O
Elde edilen saflaştırılmış Al2O3, kriyolit(Na3AlF6) ile karıştırılır. Elde edilen karışım karbon çubuklarla elektroliz
edilir.
Katot
4 Al
Anot
6O
3+
2-
+ 12
→
→
3 O2 + 12
Net tepkime 2 Al2O3
→
4 Al
4 Al + 3 O2
Elektroliz işleminde oluşan sıvı aluminyum, dibe çöker ve belirli sürelerle dışarı alınır. Toplanan aluminyum
genellikle % 99,5-99,9 arasında bir saflıktadır. İçerdiği ana safsızlıklar ise demir ve silisyumdur.
Aluminyumun özellikleri
Saf aluminyum iyi bir indirgendir. % 99,9 saflaştırılmış aluminyum ısı ve elektriği daha iyi iletir, daha kolay
işlenebilir ve daha dayanıklıdır. Asitlerle ve bazlarla tepkimeye girer. Toz aluminyum hava ile veya diğer
yükseltgenlerle kolayca yükseltgenir. Aluminyum, yapı malzemesi olarak, refraktör ve iletken yapımında, gıda ve
kimya endüstrisinde, folyo yapımında, roket yakıtlarında ve patlayıcılarda kullanılır. Aluminyuma bakır,
magnezyum, silisyum, krom, çinko ve mangan metalleri katılarak çeşitli alaşımlar yapılmaktadır. Duralumin
alaşımının % 94'ü Al, % 4'ü Cu, %1'i Mg, %1'i Mn dir. Duralumin, sert, hafif, ve kimyasal aşındırıcılara dayanıklı
bir alaşımdır. Havacılık sanayi, otomobil sanayi, fotografçılık malzemeleri, spor malzemeleri, ev eşyaları, kimya
sanayi ve hassas ölçü aletlerinde kullanılır. Diğer alaşımları metal kapların yapımında ve kimya endüstrisinde
kullanılan Silumin(% 84 Al, % 16 Si), nükleer reaktörlerde kullanılan magnoks ve yüksek mekanik özellikler
gösteren ve yüksek performans göstermesi istenen spor aletlerinin yapımında kullanılan titanal(% 85,5 Al, % 2,5
Mg, % 7 Zn, % 1,7 Cu, % 0,1 Zr) alaşımlarıdır.
Alumina olarak bilinen aluminyum oksitin çeşitli yapıları mevcuttur. Kristal yapıdaki aluminyum oksite
korundum(beyaz safir) denir. Yakut ve safir minerallerinin iyi kristallileri, mücevher yapımında, diğer çeşitleri ise
parlatma ve aşındırma işlemlerinde kullanılır.
Aluminyum bileĢikleri
Alumin, aluminyum üretimi dışında yalıtkanların, bujilerin ve daha pekçok ürünün yapımında kullanılır.
Aluminyum sülfat, kağıt yapımında, boya tutkalı ve yüzey astarı olarak kullanılır. Tek değerlikli metallerin
sülfatlarıyla birleşir ve şap olarak bilinen hidratlı çift sülfatları oluşturur. Çift tuzlar ilaç, tekstil, boya üretimi gibi
alanlarda kullanılır. Şap suda çözünür ve ışığı geçirir.
Aluminyum klorür birçok organik bileşiğin sentezinde katalizör olarak kullanılır.
Aluminyum hidroksit, aluminatlarla birlikte çeşitli aluminyum bileşiklerinin elde edilmesinde ve su geçirmez kumaş
yapımında kullanılır.
Al2(SO4)3.18H2O, suyun saflaştırılmasında ve sudaki kirliliklerin dibe çöktürülmesinde kullanılır.
Killer, ısıtıldıklarında plastik özellik gösterirler. Bazı kil türleri yüksek sıcaklığa da dayanıklıdır. Seramik
endüstrisinde ve ateş tuğlası yapımında kullanılır.
Galyum, indiyum ve talyum
Galyum ve indiyum doğada çok az miktarlarda bulunur ve belli bir minerali yoktur. Galyum, cam ve porselenlere
ıslak bir görünüm vermek için kullanılır. Cam üzerine sürüldüğünde oldukça parlak ayna oluşturur. Galyum,
o
tuzlarından elektroliz yolu ile elde edilir. Eridiği zaman hacim azalması gösterir. Galyumun erime noktası(29,78 C)
o
ve kaynama noktası(2403 C) arasındaki farktan yararlanarak yüksek sıcaklık termometreleri yapılır.
İndiyum da tuzlarından elektroliz yoluyla elde edilir. Çok sert bir metaldir. Kuyumculukta ve dişçilikte kullanılan
alaşımlara az miktarda eklendiğinde matlaşmayı önler. İndiyum ile kaplanan metal yüzeyler, aşınmaya ve
atmosfer etkilerine karşı dayanıklılık kazanırlar. Uçaklarda ve yarış arabalarında bu amaçla kullanılır. İndiyum
kullanılarak oluşturulan aynalar optik aygıtlarda kullanılır.
25
Talyum bileşikleri, cam sanayiinde, monokromatik ışık elde edilmesinde, elektrik ampullerindeki wolframa
eklenerek telin dayanıklılığının artırılmasında, tıpta saç hastalıklarında ve haşere ilacı(Tl 2(SO4)3, Tl(CO3)2, TlBr3)
olarak kullanılır.
Tl2S3 bileşiği, IR ışınları etkisinde kaldığında elektrik iletkenliği değiştiği için fotosellerde kullanılır.
4A GRUBU ELEMENTLERĠ
Allotropi
Aynı elementin atomlarının uzayda farklı dizilmeleriyle oluşan farklı geometrik
kristal yapıya ve farklı kimyasal enerjilere sahip şekillerine allotropi denir.
Allotropi şekillerinin herbirine allotrop denir.
Allotropların fiziksel özelliklerinin tümü ve kimyasal özelliklerinin büyük bir
kısmı birbirinden farklıdır. Örneğin tepkimeye girme istekleri birbirinden
farklıdır. Sadece aynı maddeyle tepkimeye girdiklerinde oluşturacakları son
ürünler aynıdır.
Elmas ve grafit
(C atomlarından oluşurlar) birbirlerinin allotropudur. Karbonun allotroplarının özelliklerindeki farklılıklar bağ
yapılarından kaynaklanmaktadır. Elmasta her karbon atomu dörtyüzlü yapıda, dört farklı karbon atomuna
bağlanarak düzgün bir kristal yapı oluşturur. Grafitte ise karbon atomları altıgen halkalar şeklinde tabakalar
oluşturarak dizilmiş ve tabakalar arasında zayıf etkileşimler içerir. Grafitte tabakalar arasındaki karbon bağları
zayıf, elmastaki karbon bağları ise güçlüdür. Grafit ile elmas arasındaki en önemli fark, elmasta her C atomuna
yakın komşu atom sayısı dört, grafitte ise üç olmasıdır.
Elmasta her karbon atomu bir düzgün dörtyüzlünün köşelerinde bulunan dört ayrı karbon atomu bağlıdır. Bu sıkı
yapı uzayda üç boyutta örgü gibi tekrarlanır. Bu yapı elmasın sert olmasını sağlar. Elmas bilinen en sert
o
3
maddelerden biridir. Erime noktası 3500 C ve yoğunluğu 3,51 g/cm 'tür. Elmas iyi bir ısı iletkenidir. Elmas elektriği
iletmez. Çünkü karbonun bütün elektronları birbiriyle ortaklaşa kullanıldığından örgü üzerinde serbest hareket
o
edebilecek elektronu yoktur. Elmas kimyasal tepkimelere karşı ilgisizdir; ancak 800 C üstüne ısıtlırsa yanar ve
o
CO2 oluşturur. Asit ve bazlardan etkilenmez. Florla 700 C'de birleşerek CF4 bileşiğini oluşturur. Diğer halojenlerle
birleşmez.
26
Elmas, özel olarak yapılmış elmas matkaplarında kullanılır; petrol kuyuları bu matkap kullanılarak açılır. Elmas
matkapları çok sert cisimleri delmede, kesmede ve zımparalamada kullanılır.
Grafit tabakalar halinde bir yapıya sahiptir. Tabakalar arasında zayıf etkileşim kuvvetleri vardır. Grafiti oluşturan
tabakalarda her bir C atomu üç ayrı karbon atomuna bağlıdır. Her karbon atomunun üç elektronu tabaka üzerinde
bağ yapımında kullanılırken, dördüncü elektron serbestçe hareket eder. Bu nedenle grafit elektriği iyi iletir. Grafit
o
3
elmastan daha yumuşaktır. Grafitin erime noktası 3500 C, yoğunluğu 2,25 g/cm 'tür. Grafit bazı kimyasal
tepkimelere girer. Tepkimede kullanılan kimyasal maddeler tabakalar arasına girerek tepkime verebilirler. Grafit
sülfürik asitle tepkime verir. Her kimyasal tepkimede aktif değildir. Örneğin, bir çok elektroliz işleminde elektrot
olarak kullanılır. Kuru pillerde de grafit elektrotlar kullanılır. Grafit, kil ve bağlayıcı maddelerle karıştılarak kalem
yapılır. Isıya dayanıklı olduğu için metalurjide ısıya dayanıklı potaların imalatında kullanılır.
Son yıllarda elmas ve grafit dışında karbonun başka bir allotropu daha bulunmuştur. Fulleren karbonun üçüncü
kristal yapılı allotropudur. Bu allotrop nanometre boyutunda ve oldukça sağlamdır. 1985 yılında Buckminister
Fullerene tarafından keşfedilmiştir. Fullerenler, küre, silindir ve ellipsoid şekillerde bulunabilirler. İlk keşfedilen
fullerenin formülü C60'tır. Daha sonra bu moleküllerin çeşitli türleri keşfedilmiştir. Küre yapısındaki fullerenlere
buckyball denir. Fullerenler yapı olarak fullerene benzerler. Grafitte, altıgen halkalardan oluşan tabakalı bir yapı
varken, fullerenlerde altıgen halkaların yanında beşgen halkalar da vardır. Fullerenlerin silindirik olanlarına karbon
nanotüp denir. 1991 yılında Lijima tarafından, karbonun tüp şeklinde yapı oluşturabileceği deneyler sırasında
farkedildi. Grafitten özel yöntemlerle elde edilen bu tüpler, nanometre boyutunda oldukları için karbon nanotüp
olarak adlandırıldı. Bu yapıların teknolojide kullanılmasıyla nanoteknoloji gelişmeye başladı. Nanoteknoloji
sayesinde cep telefonları, televizyonlar ve bilgisayarlar gibi birçok elektronik aletin işlevleri artarken boyutları
küçüldü.
Molekül geometrilerine ve ortam koşullarına bağlı olarak nanotüpler, iletken, yarı iletken ve süper iletken özellik
gösterirler; bu nedenle çok esnek ve sağlam oldukları için elektronikte kullanılırlar. Nanotüplerin geometrik
yapılarının değişmesiyle elektronik özellikleri de değiştirilebilir. Yarı iletken nanotüpler, oda sıcaklığında alkalilere,
halojen ve diğer gazlara maruz kaldıklarında elektriksel dirençleri değişir. Bu nedenle yüksek duyarlılıkta
algılayıcıların yapımında kullanılabilirler.
Bazıları HIV virüsüne etki ettiği için tıpta, bazıları soğurma özelliğinden dolayı optikte sınırlayıcı aygıt olarak
fotoyansıtıcı, bazıları da hidrojen depolama ve pil yapımında kullanılmaktadır. Taramalı mikroskopun uç kısmına
bağlanan nanotüpler, çözünürlüğü artırarak protein ve benzeri moleküllerin dah açık görünmesini sağlarlar. Bu
aletlerle görüntülenemeyen yapıların görüntülenmesi nanoteknoloji sayesinde mümkün olmuştur.
Grafit ve elmas ağ yapısında maddeler olduğu için sıvı çözücülerde çözünmezler; fakat fullerenler uygun
çözücülerde(toluen ve karbon disülfür gibi) çözünebilirler.
27
Karbonun yukarıda anlatılan allotropları dışında kömür, kok, odun kömürü, kömür siyahı gibi şekilleri de vardır.
Bunlar kristal yapıda olmayıp geniş yüzeyli amorf katılardır. Yüzeylerindeki karbon atomları kullanılmamış serbest
elektronlar içerdiklerinden kuvvetli yüzey soğurma özelliği gösterirler.
Karbonun elde edilmesi
Karbon büyük oranda kömürün ayrımsal damıtılmasıyla elde edilir. Bunun için kömür havasız ortamda ısıtılır.
Uçucu bileşikler ortamdan uzaklaştırılır. Geriye kok adı verilen karbon kalır. Odunun ayrımsal damıtılmasıyla da
odun kömürü adı verilen bir tür karbon elde edilir.Saf karbon elde edilebilmesi için şekerin havasız ortamda
ısıtılması gerekir.
Karbon bileşiklerinde 4+
veya 4- değerliklerini alabilir;
ancak birçok bileşiğinde
elektronları diğer atomlarla
ortak
kullandığı
için
değerliğinden
çok
bağ
sayısından söz etmek daha
doğru olur. Bileşiklerinde
kovalent
bağ
sayısı
çoğunlukla dörttür; ancak
CO gibi bazı bileşiklerinde
dörtten azdır.
Karbon BileĢikleri
4A grubu elementlerinden
karbon
ve
silisyum,
yaptıkları
bağ
sayıları
bakımından diğer grup üyelerinden farklıdır. Karbon atomları, diğer karbon atomları ile farklı şekillerde kuvvetli
kovalent bağlarla birleşebilir. Karbon bağ yapma kapasitesinden dolayı diğer elementlerden daha fazla bileşik
oluşturma kapasitesine sahiptir. Karbon organik maddelerin temelini oluşturur. Yer kabuğunda mermer, kireçtaşı
ve tebeşir gibi kayaçların yapısında karbonatlar halinde bulunur. Karbon serbest halde elmas, grafit ve kömür
olarak bulunur. Doğada az bulunmasına rağmen canlı organizmasının en çok bulunan ikinci elementidir.
Karbon bileşikleri organik kimyanın temelini oluşturur. Organik bileşiklerin tamamı karbon içerir; ancak yapısında
karbon içeren bazı maddeler(CO, CO2, H2CO3 gibi), organik bileşik sınıfına girmez.
Karbon monoksit(CO), organik moleküllerin yetersiz oksijen bulunan ortamda yanması ile oluşur. Endüstride ise
yeniden oluşum(reforming) tepkimesi ile üretilir. Bu tepkimede, hidrokarbon ve su buharı, nikel katalizörlüğünde
CO ve H2'ye dönüştürülür.
CH4(g) + H2O(g) →
CO(g) + 3 H2(g)
CO, laboratuvuvarda formik asitin derişik sülfürik asitle dehidrasyonu ile elde edilir.
( )→
( )
(s)
2+
İnsan vücudunda O2 molekülü hemoglobindeki Fe iyonlarına bağlanarak taşınır. Ortamda CO taneciklerinin
artması durumunda oksijenin yerine CO molekülleri geçer. Bu durumda alyuvarlar oksijen taşıyamaz ve
zehirlenme gerçekleşir. Karbon monoksit renksiz ve kokusuz olduğu için ortamdaki varlığını anlamak zordur.
Karbon dioksit(CO2) organik bileşiklerin çok miktarda oksijen içeren ortamda yanması sonucunda oluşur.
C3H8(g) + 5 O2(g) →
3 CO2(g) + 4 H2O(g)
CO2 , küresel ısınma ve diğer iklim olaylarından da sorumlu bir gazdır. Magnezyum dışında pekçok maddenin
yanmasını engellediği için yangın söndürücülerde kullanılır. Ayrıca, soğutucularda, can yeleklerinin şişirilmesinde,
28
kömürün parçalanmasında, kauçuk ve plastiklerin köpüklendirilmesinde, seralarda ve karbonatlı içeceklerde
kullanılır.
Karbonik asit(H2CO3), karbondioksitin suda çözünmesiyle oluşan zayıf bir asittir. Yağmur suyu zayıf karbonik asit
çözeltisidir. Atmosferdeki karbondioksit miktarı artınca yağmur suyunda ve deniz suyunda çözünen karbondioksit,
karbonik asitin etkisinin fazlalaşmasına neden olur ve denizde yaşayan canlıların zarar görmesine neden olur.
Silisyumun BileĢikleri
Silisyum oksijenden sonra yer kabuğunda en bol bulunan(% 25,7) elementtir.
Doğada serbest halde bulunmaz; bileşikler halindedir. Silisyum, silis(SiO 2) halinde
kum, kuvars ve opal gibi kıymetli taşların yapısında ve aluminyum, demir,
magnezyum ve diğer birçok metalle kompleks silikatlar halinde kayaların, killerin ve
genel olarak toprağın yapısında yer alır. Kayaların yapısında silikat iyonu(
)
içeren silikatlar(feldspat, kaolen, mika gibi) halinde bulunur. Kuvars, opal, asbest,
zeolit, mika, zirkon, talk, kaolen, feldspat ve beril gibi minerallerde yer alır.
o
Silisyum, sert, kırılgan, metal görünümünde bir katıdır. Erime noktası 1410 C'dir. Elmas yapısında kristaller
oluşturur.
Silisyum elde etmek zordur. Ancak kuvvetli indirgenlerin etkisiyle ve yüksek sıcaklıkta silisten elde edilebilir. En
çok kullanılan indirgenler magnezyum, aluminyum, bakır, karbon ve kalsiyum karbürdür.
SiO2(k) + 2 Mg(k) →
Si(k) + 2 MgO(g)
2 SiO2(k) + CaC2(k) →
CaO(k) + 2 Si(k) + CO(g) + CO2(g)
Teknik saflıkta silisyum elementi, kuvars kumundan elde edilir. Silis ile karbon, elektrik ark ocağında
indirgendiğinde Si elde edilir.
SiO2(k) + 2 C(k) →
Si(k) + 2 CO(g)
Yüksek saflıkta silisyum, uçucu bileşiklerinden ve süblimleştirme ile elde edilir. Bu amaçla yukarıdaki tepkimede
elde edilen silisyum üzerinden klor gazı geçirilir ve silisyum tetraklorür oluşturulur. Oluşan bileşik damıtıldığında
yüksek saflıkta silisyum elde edilir.
Si(k) + 2 Cl2(g)
→
SiCl4(s) + 2 H2(g) →
SiCl4(s)
Si(k) + 4 HCl(g)
Silisyumun en önemli özelliği yarı iletken olmasıdır. Elektrik iletkenliği bakımında iletkenlerle yalıtkanlar arasında
yer alan elementlere yarı iletken denir. Isı, ışık, manyetik etki veya elektriksel gerilim gibi dış etkiler
uygulandığında, yarı iletkenlerin elektrik iletkenliği artar. Dış etkiler ortadan kaldırıldığında ise eski durumlarına
geri dönerler. Metallerin iletkenliği sıcaklık artışında azalırken, yarı iletkenlerin elektrik iletkenlikleri sıcaklık
artışıyla artar. Yarı iletken bir elemente, küçük miktarda katkı maddesi ilave edilerek elementin elektrik iletkenliği
artırılabilir. Bu işleme depolama(doping) denir. Örneğin, silisyuma, az miktarda bor ya da fosfor ilave edilirse
5
silisyumun iletkenliği artar. Doplama yöntemi ile iletkenlik 10 kat ya da daha fazla artırılabilir. Doplamada Al, In,
Ga gibi metaller de kullanılır. Doplama yöntemi, diyot, transistör gibi bileşenlerin kullanım alanını artırır. Yarı
iletkenlerin en önemli uygulama alanı elektronik endüstrisidir.
Elementel silisyum çelik endüstrisinde kullanılır. % 15 miktarında çeliğe katıldığında, çeliği yumuşatır, manyetik
özelliğini artırır. Bu çeşit çelikler mıknatıs ve transformatörlerin gövdesi olarak kullanılırlar. % 14,5 silisyum katılan
çelikler asit korozyonuna dirençli olur ve asite karşı paslanmayan zincirler, borular ve drenaj işlerinde kullanılır.
Germanyum, kalay, kurĢun
4A grubunun ağır elementleri germanyum, kalay ve kurşundur. Germanyum yarı metal, kalay ve kurşun metaldir.
29
Germanyum, gri beyaz renkte olup elmas yapısında kristaller oluşturur; ancak oluşan kristalleri kırılgandır.
Havadan ve halojen asitlerinden etkilenmez. Bileşiklerinde 2+ ve 4+ değerliklerini alır. 4+ değerlikli bileşikleri daha
kararlıdır. Katyon yapmaya yatkın olmadığı için nitratlı ve sülfatlı bileşikleri bilinmez. Genel olarak oksitli, halojenli
ve sülfürlü bileşikleri bilinir.
Germanyum yarı iletkendir. Elektronik endüstrisinde transistörlerin yapımında kullanılır. Platin ile Germanyum
o
o
metal çifti, 100 C ile 600 C arasındaki sıcaklıkların ölçülmesinde kullanılır.
Germanyum ve germanyum
oksit, kızılötesi ışığa karşı
şeffaftır. Bu nedenle kızılötesi
spektroskoplarda ve hassas
kızıl
ötesi
detektörlerde
kullanılırlar. Optik özellikleri
nedeniyle geniş açılı kamera
merceklerinde, projektörlerde,
mikroskop merceklerinde de
kullanılır.
Bazı germanyum bileşikleri belirli bakteri türlerine karşı etkili olduğu için kimyasal tedavi yöntemlerinde de
kullanılır.
Kalay, yumuşak gümüş parlaklığında bir metaldir. Kolaylıkla işlenebilir, tel ve levha haline getirilebilir. Kalayın üç
allotropu vardır. Bunlar gri kalay, beyaz kalay ve rombik kalay'dır.
Kalay, korozyon direnci yüksek olduğu için konserve kutularının, yemek pişirilen ve saklanan kapların
kaplanmasında(bakır kapların kalaylanmasında) kullanılır. En çok kullanıldığı alan, demirin kalaylanması ve
teneke yapımıdır.
Kalay dioksit cam ve seramik endüstrisinde kullanılır. Bazı diş macunlarının içeriğinde kalay ve flor bileşiği olan
SnF5 kullanılır. Kalay süper iletken mıknatısların yapımında da kullanılır.
Kalayın bakır ile oluşturduğu alaşıma bronz denir. Kalay kurşun alaşımları(lehim), erime noktaları düşük
olduğundan elektrik devrelerindeki tellerin birleştirilmesinde kullanılır.
Kurşun, yumuşak bir metaldir. Yeni kesildiğinde yüzeyi metal parlaklığı gösterir; fakat kısa süre sonra havanın
etkisiyle yüzeyi donuklaşır.Kurşun ve kurşun bileşikleri genel olarak çok zehirlidir. Kurşunun en önemli bileşikleri
kurşun oksitler ve kurşun sülfattır.
Kurşun, kimya sanayiinde sülfürik asit elde edilmesinde, sülfatlı bileşikleri akü yapımında ve ağır olduğundan
mermi yapımında kullanılır. Kurşunun oksitleri yağlı boyalarda, camlarda ve seramiklerde kullanılır.
5A GRUBU ELEMENTLERĠ
2
3
5A grubu elementlerinin son enerji düzeyindeki elektron dizilişi ns np
şeklindedir. 5A grubu elementleri bileşiklerinde değişik yükseltgenme
basamaklarında bulunurlar. Azot ve fosfor elementleri elektron alarak, vererek
ve elektronlarını ortaklaşa kullanarak başka maddelerle bileşik oluştururlar.
Arsenik ve antimon genellikle 3+ ve 5+ değerliklerini alırlar. Arsenik ve antimon
amfoter özellik gösterirler. Bizmut
genelde 3+ değerlik alır.
AZOT
Atmosferde hacimce % 78
oranında, oda sıcaklığında gaz halinde bulunan 5A grubunun ilk
elementi azottur. Renksiz, tatsız ve kokusuz bir gazdır. Havadan biraz
daha az yoğundur. Azotun elektronegativite değeri çok yüksektir.
Azot molekülleri diatomik yapıdadır. Azot moleküllerinde atomlar
30
arasında üç bağ vardır. Azot molekülündeki güçlü kovalent bağlar ve azot moleküllerinin tepkimeye girmesini
sağlayacak enerjinin(üçlü bağın kırılması için gerekli enerji) çok yüksek olması, serbest haldeki azotun kimyasal
tepkimelere girme isteğinin az olmasını sağlar. Bu nedenle azot gazı inert(kararlı) bir gazdır.
Azotun oksitleyici olmaması nedeniyle havadaki oksijenden olumsuz etkilenen gıda ve ilaç gibi ürünler azotun
bulunduğu ortamda saklanır. Sıvı patlayıcıların üzerini örtmek için, otomobil ve uçak tekerleklerinin dolumunda
kullanılır.
Sıvı azot düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilen tepkimeler için uygun bir soğutucudur. Sıvı azot, gıda ürünlerinin
dondurulması ve taşınmasında, canlı dokuların dondurularak korunmasında, yüksek hassasiyetteki elektronik
cihazların soğutma sistemlerinde, dermatolojide cilt yaralarının
dondurularak alınmasında kullanılır.
Azot bileşiklerinde farklı yükseltgenme basamağı değerleri alabilir. Azotun
fiziksel ve kimyasal özellikleri 5A grubundaki diğer elementlerin özelliklerine
benzemez. Diğer 5A grubu elementlerine göre oldukça elektronegatif bir
maddedir. Periyodik cetvelde, flor, oksijen ve klor dışında en elektronegatif
maddedir. Azot atomu p orbitallerini kullanarak çok güçlü bağlar
oluşturabilir. Bu nedenlerle azot 3-'ten 5+'ya kadar tüm yükseltgenme
basamaklarına sahiptir. Azotun hidrojenli bileşikleri, moleküller arasın
hidrojen bağları oluşturabilirken, diğer 5A grubu elementleri moleküller
arası hidrojen bağı oluşturamaz.
Azot elde edilmesi
Laboratuvarda azot, amonyum nitritin ısıtılmasıyla elde edilir. Amonyum nitrit kararsız bir maddedir. Bu nedenle
sodyum nitrit çözeltisi içine amonyum sülfat çözeltisi damlatılarak azot eldesi sırasında önce amonyum nitrit
oluşturulur. Oluşturulan amonyum nitrit ısıtılarak azot elde edilir.
(NH4)2SO4 + 2 NaNO2 →
2 NH4NO2
→
2 NH4NO2 + Na2SO4
2 N2 + 4 H 2 O
__________________________________________
(NH4)2SO4 + 2 NaNO2 →
2 N2 + 4 H2O + Na2SO4
Saf halde azot, bazı azot bileşiklerinin ısıtılarak bozunmasıyla elde edilir.
2NaN3
→
2 Na + 3 N2
31
(NH4)2Cr2O7
→
Cr2O3 + N2 + 4 H2O
6 N2O + 4 NH3 →
5 N2 + 6 H2O
NH2CONH2 + 3 NaOBr →
N2 + CO + 2 H2O + 3 NaBr
Azot endüstride sıvı havanın ayrımsal damıtılmasından elde edilir. Bu işlem için öncelikle havada azotla birlikte
bulunan CO2'nin kalsiyum hidroksit çözeltisinden geçirilerek çözeltide kalması sağlanır. CO2' ten arındırılan hava,
o
soğutucularda ardarda genleştirme ve sıkıştırma ile -196 C sıcaklığın altına soğutulur. Bu sıcaklığın altında hava
o
o
sıvılaşır. Sıvı hava damıtılırsa önce kaynama noktası -195,8 C olan azot buharlaşır. Kaynama noktası -183,0 C
olan oksijen ise sıvı ortamda kalır. Damıtma işlemi sırasında azotun içine karışmış olan az miktardaki oksijen,
elde edilen sıcak gazın bakır üzerinden geçirilmesi ile uzaklaştırılır. Bu yöntemle elde edilen azot içerisinde argon
başta olmak üzere % 1 kadar soygaz bulunur.
Amonyak
N2 molekülünün tepkimeye girme isteği düşük olduğu için doğada azot bileşikleri çok azdır. Azotlu bileşiklerin
başlıca kaynağı amonyak(NH3)'tır.
Doğada bulunan azot bağlayıcı bakterilerin yapısında bulunan nitrogenaz enzimi sayesinde atmosferik azot,
amonyak'a dönüştürülür. Endüstride ise amonyak üretimi Haber-Bosch yöntemi ile gerçekleştirilir. Bu yöntemde
H2 ve N2 gazları, ince öğütülmüş demir katalizörlüğünde yüksek sıcaklık ve basınç altında tepkimeye girer.
N2(g) + 3 H2(g) →
2 NH3(g)
Endüstriyel olarak bol miktarda üretilen amonyak, gübrelerde, patlayıcı maddelerin sentezinde, sentetik elyaf
üretiminde, organik ve inorganik bileşiklerin sentezinde kullanılır.
Azot oksitler
Azot oksitler şimşeğin çıkardığı ısı ve ışık enerjisi etkisiyle oluşur. Oluşan azot oksitler yağmur suyunda
çözünerek yeryüzüne iner ve besin zincirine katılır. Azot oksitler, atmosferin oluşumunda ve kirlenmesinde de rol
alırlar. NO ve N2O nötr oksitleri haricindeki azot oksitleri asidik özelliktedir.
Dizaot monoksit(N2O)
Amonyum nitratın yüksek olmayan sıcaklıklarda ısıtılmasıyla elde edilir. Isıtma işlemi sırasında amonyum nitratın
patlayıcı özelliğinden dolayı dikkatlı olmak gereklidir. Amonyum nitratın patlayıcı olması, azotun aynı bileşikte 3+
ve 3- gibi farklı iki değerlik alması nedeniyledir.
NH4NO3(k)
→
N2O(g) + 2 H2O(g)
N2O gazı çok az miktarda solunduğu zaman yarattığı güldürme etkisi nedeniyle gülme gazı olarak bilinir. Uzun
yıllar anestezide kullanılmış bir gazdır.
Azot monoksit(NO)
Amonyağın katalizör etkisinde yükseltgenmesiyle elde edilir.
4 NH3(g) + 5 O2(g) →
4 NO(g) + 6 H2O(g)
Havadaki azot, uçak ve otomobil motorlarında azot monoksite dönüşür.
Azot dioksit(NO2)
Boğucu, zehirli, kokulu bir gazdır. Eşlenmemiş elektron taşıyan NO2 radikal özellik gösterdiği için gaz fazında
renksiz dimeriyle(N2O4) dengede bulunur.
2 NO2(g)
N2O4(g)
32
NO2 katı halde sadece dimeri şeklinde bulunur. Suda çözündüğünde, azot dioksit moleküllerinin bazılarında
azotun yükseltgenme sayısı artarken, bazılarında azalma olur(disproporsiyon).
→
3 NO2(g) + H2O(s)
2 HNO3(suda) + NO(g)
Diazot trioksit(N2O3)
o
NO ve NO2 karışımının -20 C sıcaklığa kadar soğutulmasıyla elde edilir. Sıcaklık yükselirse yeniden NO ve
NO2'ye dönüşür.
N2O3 suda çözündüğünde nitrik asit elde edilir.
Nitröz(nitrit) asit(HNO2)
Zayif asit özellik gösterir.
Nitrik(nitrat) asit(HNO3)
Sulu çözeltisinde kuvvetli asit, derişik sulu çözeltilerinde kuvvetli
yükseltgen özelliğine sahiptir. Amonyağın katalitik oksitlenmesiyle
oluşan NO gazının oksijenle tepkimesi sonucunda oluşan NO2 'nin
suyla etkileşmesi sonucunda elde edilir. Aşağıdaki üçüncü
tepkimede olduğu gibi suyla etkileştiği zaman asit oluşturan NO2 gibi
maddelere asit anhidriti denir.
4 NH3(g) + 5 O2(g) →
2 NO(g) + O2(g)
→
3 NO2(g) + H2O(s)
4 NO(g) + 6 H2O(g)
2 NO2(g)
→
2 HNO3(suda) + NO(g)
Nitrik asit endüstride gübre, ilaç, boya ve patlayıcıların üretiminde kullanılır. Nitrik asitin tahriş edici etkisi vardır.
Uçak ve otomobillerin motorlarında oluşan yüksek sıcaklık, NOx(atmosferi kirleten gazların genel gösterimi)
oluşumuna neden olur. NOx oluşumunu engellemek için, otomobil motorlarının egzoz sistemlerine katalitik
konvertörler takılır.
Azot bileĢikleri
Nitrit ve nitratlar önemli azot bileşikleri arasındadır. Nitratlar, metaller, metal oksitleri, hidroksitleri ve karbonatları
üzerine nitrik asit etki ettirilerek elde edilir.
3 Cu + 8 HNO3 →
KOH + HNO3 →
CaO + 2 HNO3 →
Na2CO3 + 2 HNO3 →
3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O
KNO3 + H2O
Ca(NO3)2 + H2O
2 NaNO3 + CO2 + H2O
33
En önemli nitratlar NaNO3 ve KNO3'tır. NaNO3, nitrik asit eldesinde, patlayıcı madde yapımında ve gübre olarak
kullanılır. KNO3 ise barut yapımında kullanılır.
Azotlu gübre olarak kullanılan amonyum sülfat, amonyum nitrat ve üre bileşiklerinin elde edilişlerinin denklemleri
aşağıdaki gibidir.
Amonyum sülfat eldesi:
2 NH3 + H2SO4 →
Amonyum nitrat eldesi:
NH3 + HNO3 →
Üre eldesi:
2 NH3 + CO2 →
(NH4)2SO4
NH4NO3
H2N-COONH4 (amonyum karbamat)
H2N-COONH4 →
(NH2)2CO + H2O
Ürenin eldesi iki basamakta gerçekleşir. Üre en çok gübre ve hayvan yemi olarak kullanılır. İlaç, plastik, boya
yapımında da üreden faydalanılır. Üre, nitrik asitle gübre ve patlayıcı madde olarak kullanılabilen üre nitrat tuzunu
oluşturur.
Hidrazin(N2H4)
Hidrazin renksiz bir sıvıdır. Su ile her oranda karışır ve saf halde kararlı değildir. Amonyak ile hidrojen peroksitin
tepkimesi sonucu elde edilir. Hidrazin roket yakıtı olarak kullanılır.
2 NH3 + H2O2 →
H2N-NH2 + 2 H2O
FOSFOR
Oksijene karşı ilgisi nedeniyle doğada serbest halde bulunmaz. En
önemli kaynağı fosfat kaya yataklarıdır. Bu kayaçlarda en çok kalsiyum
fosfat(Ca3(PO4)2) ve apatit(CaF2.3Ca3(PO4)2) mineralleri halinde
bulunur. Fosfor içeren kompleks organik moleküllerin, kemiklerin,
tırnakların, dişlerin başlıca mineralidir. Fosfor, kibrit yapımında
kullanılır. Eskiden kibrit çöplerinde fosfor bileşikleri kullanılırdı; ancak
dumanın zehirli olması ve herhangi bir sürtünmede yanması nedeniyle
bugün, çöplerin başında değil, kibrit kutularının ilaçlı yüzeylerinde cam
tozu ve tutkalla karışık olarak kullanılmaktadır.
Elementel fosfor, kalsiyum fosfattan aşağıdaki gibi elde edilir.
Tepkimede kullanılan SiO2, yapıdaki Ca' yı çöktürür; C ise P2O5'in
elementel fosfora indirgenmesi için kullanılır.
2 Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 →
2 P2O5 + 10 C →
6 CaSiO3 + 2 P2O5
P4 + 10 CO
____________________________________________________
2 Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10 C →
6 CaSiO3 + P4 + 10 CO
Elde edilen CO ile P4 karışımı soğuk borulardan geçirilerek fosfor
sıvılaştırılır, daha sonra katılaştırılırsa beyaz fosfor elde edilir. Beyaz
fosfor oksijensiz ortamda ısıtılırsa kırmızı fosfora dönüşür.
Elementel fosforun farklı allotropik şekilleri vardır. En önemli allotropları
34
beyaz fosfor, kırmızı fosfor ve siyah fosfordur.
Beyaz fosfor diğer allotroplara göre daha reaktiftir. Hava oksijenine ilgisi oldukça fazladır. Fosfor buharının
o
o
yoğunlaştırılmasıyla elde edilir. Beyaz fosfor 44,2 C'de erir, 280,5 C'de kaynar. Bu element hafif sarımsıdır ve
yumuşak ince çubuklar halinde bulunur. Beyaz fosfor diğer allotroplara göre daha uçucudur. Beyaz fosfor,
karanlıkta yandığında ışıldayan çok zehirli bir maddedir. Havayla etkileştiğinde beyaz dumanlar çıkararak yanar.
Bu nedenle su dolu şişe içinde saklanır. Beyaz fosfor, böcek ve fare zehiri, sis ve yangın bombaları yapımında
kullanılır.
o
Ufak kristallerden oluşan kırmızı fosforun yoğunluğu beyaz fosfordan daha fazladır. Basınç altında 600 C'de erir.
Organik çözücülerde çözünmez. Kibrit yapımında kullanılan kırmızı fosfor, güneş ışığı ve ısı etkisiyle beyaz
fosfordan oluşur. Beyaz fosforun oksine kolayca tutuşmaz.
Siyah fosfor, beyaz fosforun havasız ortamda ve basınç altında ısıtılmasıyla elde edilir. Siyah fosfor yarı
o
iletkenlerin yapımında kullanılır. Siyah fosfor kırmızı fosfordan daha aktiftir. 550 C'de ısıtıldığında kırmızı fosfora
döner. Siyah fosforun görünüşü grafite benzer ve grafit gibi elektriği iletir.
Fosforik asitler ve tuzları
Bol hava içinde yanan fosfor, P4O10 oluşturur. Bu bileşiğin su ile etkileşmesinden fosforik asit oluşur.
P4 + 5 O2 →
P4O10 + 6 H2O →
P4O10
4 H3PO4
Fosforik asit eldesinde kullanılan bir diğer yöntem, Ca3(PO4)2 ve
derişik sülfürik asit arasındaki asit baz tepkimesidir.
Ca3(PO4)2(k) + 3 H2SO4(s) →
2 H3PO4(s) + 3 CaSO4(k)
Oluşan fosforik asit (ortofosforik asit, ortofosfat asiti, fosforik asit, fosfat asiti) kondenzasyon yoluyla zincir yapılı
difosforik asit, trifosforik asit,…. , polifosforik asit oluşturma özelliğine sahiptir.
Fosforik asitin yapısında bulunan 3 proton sayesinde kondenzasyon yoluyla, halkalı trimetafosforik asit,
tetrametafosforik asit,….., polimetafosforik asitler oluşabilir.
Yapıları zincir şeklinde olan fosforik asit tuzlarına polifosfatlar denir. Fosforik asit ve fosfatlar, deterjanlarda,
gübrelerde, diş macunlarında ve karbonatlı içeceklerde kullanılabilir.
Fosfatlı gübrelerin temel hammaddesi fosfat kayası(Ca 3(PO4)2)'dır. Bitki kökleri suda çözünebilen fosfat
bileşiklerini alabilrler. Ca3(PO4)2 suda ve zayıf organik asitlerde çözünmediği için yüksek asitli topraklar içinde
öğütüldükten sonra gübre olarak kullanılabilecek hale gelir. Suda çözünmeyen Ca 3(PO4)2, sülfürik asit ile
tepkimeye girerse sentetik bir gübre olan süperfosfat(Ca(H2PO4)2. 2CaSO4) elde edilir. Süperfosfat gübresi en çok
kullanılan gübredir. Son zamanlarda zenginleştirilmiş süperfosfat gübrelerinin kullanımı artmaktadır. Kireçli
topraklar için zararlı olan kalsiyumu içermeyen, azot ve fosfor elementlerini içeren diamonyumfosfat((NH 4)2HPO4)
en çok tercih edilen zenginleştirilmiş gübredir. Diamonyumfosfat gübresi DAP olarak bilinir.
Fosforik asit türevi olan polifosfat tuzları deterjan katkı maddesi olarak kullanılır. Bu maddeler suda bulunan ve
2+
2+
sertlik veren Ca ve Mg gibi katyonlarla kompleks oluşturur. Böylece katyonların çökmeleri, dolayısıyla
kireçlenme önlenmiş olur. Oluşan kompleks yapılar ayrıca suya geçmiş olan kirlerin tekrar çamaşırın üzerine
çökmesini engellerler.
35
Gübreler, deterjanlar ve çevre sorunları
Gübrelemenin ve ilaçlamanın kirliliğe neden olmaması için toprağın yapısının bilinmesi gerekir. Tarım ilaçları ve
gübrelerin kullanılmayan kısımları, bitkilere ve diğer canlılara zarar verir. Toprakta oluşan kirlilik, yağmur suları ile
yer altı sularına ve denizlere taşınarak su kirliliğine
neden olur. Yer altı ve yer üstü sularının fosfatlar ve
nitratlar bakımından uzun vadede zenginleşmemesi
ve kirlenmemesi için, kolayca parçalanabilen
deterjan üretimi yapılmalı, lağım sularının arıtma
tesislerinde işlenmesi sırasında fosfat ve nitratın bu
sulardan uzaklaştırılması yöntemleri geliştirilmelidir.
Toprak kirliliğini önlemek için, yapay gübrelerin
besleyici element içeriğine göre ve toprak cinsine
uygun olarak verilmesi gereklidir. En doğru yöntem
ise organik tarımın desteklenmesidir.
5A grubunun diğer elementleri
5A grubunun diğer elementleri olan arsenik ve
antimon yarı meta,l bizmut ise metaldir.
Arsenik doğada çok az miktarda serbest halde,
çoğunlukla bileşikleri halinde bulunur. Başlıca
bileşikleri, demirli arsenik sülfür, arsenikli nikel sülfür
ve demirli arseniktir. Doğada bulunan arsenik
sülfürlerden, realgar(As4S4), orpigment(As2S3) ve
karışım sülfürlerden(4CuS.As2S3) en çok
bulunanlardır.
Arseniğin en önemli bileşiklerinden As2O3 zehir
olarak kullanılır. Ahşap koruyucu olarak kullanılan krom sülfat katılmış Cu3(AsO4)2 ise zehirli deniz boyaları
yapımında kullanılır.
Arsenik bazı alaşımlarda, sertliği ve kırılganlığı artırmada kullanılır. En önemli alaşımları saçma ve arsenik
bronzudur.
Antimon, doğada metal antimonat, antimon sülfür ve oksitler halinde bulunur. Antimon donarken genleşen
alaşımların ve kurşunsuz lehim alaşımların yapımında kullanılır. % 10-20 antimon içeren kurşun alaşımı, şarapnel
ve top mermisi yapımında, kalay ve kurşunla yaptığı alaşım ise basım işlerinde harflerin yapımında kullanlılır.
Asitlere karşı dayanıklı olması nedeniyle akü plakalarının yapımında kurşunla birlikte kullanılır.Antimon
bileşiklerinden antimon sülfür(Sb2S3) kibrit yapımında kullanılır.
Bizmut doğada az bulunan elementlerdendir. Çok az miktarda serbest halde bulunur. Bizmut bileşiklerinden
Bi2(CO3)O2 radyoopak madde olarak, BiF5 ile NaBiO3 çok kuvvetli yükseltgen olarak kullanılırlar. Bizmutun kalay
ve kurşunla yaptığı alaşımların erime noktası düşüktür. Bu tür alaşımlar suda bile eriyebilir. Bu nedenle elektrik
sigortaları, otomatik yangın söndürücüler ve alaşım zillerin yapmında kullanılır.
36
KALKOJENLER(6A GRUBU ELEMENTLERĠ)
Periyodik cetvelde yer alan 6A grubu elementleri oksijen ailesi veya kalkojenler
olarak adlandırılır. Doğada bulunan maden filizlerinin çoğu oksit ve sülfürlerden
oluştuğu için bunlara filiz yapıcı anlamına gelen kalkojenler denir.
Kalkojenlerden oksijen ve kükürt ametaldir. Selenyum ve tellur elementlerinin
ametal özelliği azdır. Polonyum ise metalik özelliğe sahiptir.
2
4
6A grubu elementlerinin elektron dizilimleri ns np ile sonlanır. En yüksek enerji
seviyesinde 6 değerlik elektronları vardır.
Oksijen
Kalkojenlerin ilk üyesi atmosferin yaklaşık % 21'ini oluşturan oksijendir.
Evrende en çok bulunan üçüncü element olan oksijen renksiz, kokusuz,
havadan daha yoğun, 6A grubunda oda koşullarında tek gaz olan elementtir. Elementler içerisinde flordan sonra
elektronegativite değeri en yüksek olan oksijendir. Oksijen gazı normal sıcaklıklarda pasiftir; ancak sıcaklık
yükseldikçe yanabilen maddelerin oksitlenmesine neden olur. Oksijen
yaşamın sürmesi için gerekli olan bir elementtir. Organik maddeler,
vücutta havadan alınan oksijen ile yanarken kimyasal bağlarındaki enerji
ile yaşam sürdürülür.
Oksijen dünyada en çok üretimi yapılan elementtir. Bunun temel nedeni
iyi bir yükseltgen olması ve üretiminin pahalı olmamasıdır. Oksijen
solunum rahatsızlıklarında, çelik üretiminde, asetilenle yapılan kaynak
işlerinde yüksek sıcaklık elde edilmesinde, suyun saflaştırılmasında,
beton eldesinde ve füze yakıtlarında kullanılır. Aşağıda asetilenle
yapılan kaynak işlerinde yüksek enerji elde etmek için oksijenin
kullanılması denklemi verilmiştir.
Laboratuvarda oksijen gazı elde etmek için kullanılan yöntemlerden biri suyun elektrolizidir. Az miktarda baz ya da
asit ilave edilmiş saf su elektroliz edilirse, anotta saf oksijen elde edilir. Elektroliz işleminde elektrik enerjisi
kullanıldığı için diğer elde edilme yöntemlerine göre daha pahalıdır.
H2O(s) →
H2(g) + 1/2 O2(g)
Laboratuvarda oksijen gazı, hidrojen peroksitin sulu çözeltisinin ya da katı potasyum kloratın MnO 2
katalizörlüğünde ısıtılmasıyla da elde edilir.
2 H2O2(suda) →
KClO3(k) →
2 H2O(s) + O2(g)
KCl(k) + 3/2 O2(g)
Elde edilen oksijene yanan bir madde yaklaştırılırsa, alevdeki parlamanın arttığı görülür.
Fotosentez olayında, inorganik maddelerden güneş enerjisi etkisiyle organik
maddelerin sentezlenmesi sırasında suyun fotolizi ile oksijen gazı açığa
çıkar. Atmosferdeki oksijenin ana kaynağı fotosentez'dir.
6 CO2(g) + 6 H2O(s) →
C6H12O6(k) + 6 O2(g)
Endüstride oksijen, havanın sıvılaştırılıp ayrımsal damıtılmasıyla elde edilir.
Sıvı havanın ayrımsal damıtılmasında önce azot buharlaşır(Kaynama
37
o
o
noktası -196 C), sonra argon ayrılır(kaynama noktası -186 C), geriye % 99,5 saflıkta oksijen kalır. Endüstride
üretilen oksijenin yaklaşık 2/3'ü çelik
Oksitler ve Türleri
Oksijenin başka bir element veya radikalle oluşturduğu bileşiklere genel olarak oksit bileşikleri denir. Oksijen flor
ile oluşturduğu OF2 ve O2F2 bileşikleri haricinde eksi değerliklidir. Oksitlerde oksijen üç farklı yapıda bulunabilir.
2-
Oksijen, 2- değerlik alarak(O ) oluşturduğu bileşiklere oksit bileşikleri, 1- değerlik alarak(
) oluşturduğu
bileşiklere peroksit bileşikleri, 1/2- değerlik alarak( ) oluşturduğu bileşiklere süperoksit bileşikleri adı verilir.
Oksit, peroksit ve süperoksit iyonları kuvvetli bronsted bazlarıdır.
Alkali metallerin açık havada oksijen ile yanması sonucunda oksit, peroksit ve süperoksit bileşikleri oluşur. Lityum
oksit(Li2O), sodyum peroksit(Na2O2), potasyum süperoksit(KO2), alkali metallerin oksijenle oluşturduğu bazı
bileşiklerdir. Daha aşağıda yer alan alkali metaller oksijenle başlıca süperoksitleri oluşturur.
Peroksit bileşiklerinin ağartıcı özelliği vardır. Bu nedenle deterjanlarda ve saçların renklendirilmesinde kullanılırlar.
İyonik bileşikler veya organik bileşikler halinde bulunabilen peroksitler ilaç ve kimya sanayiinde kullanılırlar.
Hidrojen peroksit(H2O2) en çok bilinen peroksittir ve suyla hidrojen bağı
oluşturduğu için her oranda karışır. Seyreltik H2O2 çözeltileri antiseptik olarak,
derişik H2O2 çözeltileri ise ağartıcı olarak tekstil, kürk ve saçlarda kullanılır.
Ayrıca bozunma ısısı yüksek olduğu için roket yakıtı olarak da kullanılır.
Süperoksit bileşikleri sahip oldukları eşlenmemiş elektronlardan dolayı radikal
yapısındadır ve oldukça aktiftirler. Süperoksit bileşikleri aktifliklerinden dolayı
hava filtrelerinde tozları ve nemi tutmak için kullanılır.
Oksit bileşikleri incelendiğinde farklı gruplarda toplandıkları görülür.
Bazı ametal atomlarının oksijen bakımından fakir bileşikleri(CO, NO, N 2O) nötr oksittir. Bu oksitler asitlerle,
bazlarla ya da suyla tepkime vermezler.
Oksijenle
tepkimeye
girdiklerinde,
oksijen
bakımından
zenginleşince
oluşan bileşikler asit oksit özellik
gösterirler. Bu nedenle ametallerin
oksijence zengin bileşiklerine(CO2,
NO2, SO3) asit oksit denir. Bazı
metallerin yüksek değerlik alarak
oluşturduğu oksit bileşikleride asit oksit
özellik gösterirler(Cr2O7, Mn2O7).
Amfoter olmayan metallerin oksijen(2değerlikli) ile oluşturdukları oksit
bileşiklerine(Na2O, CaO, MgO) bazik
oksitler denir.
Hem asitlerle hem de bazlarla tepkime
verebilen amfoter maddelerin oksitlerine amfoter oksit denir. Amfoter metallerin oksijen ile oluşturduğu
bileşikler(Al2O3, ZnO gibi) asitler karşısında baz bazlar karşısında asit gibi davranırlar. Amfoter oksitler oda
koşullarında su ile etkileşmezler.
Birden fazla değerlik alabilen metallerin oksijenle oluşturduğu oksit bileşiklerine bileşik oksitler denir. Bu oksitlerde
aynı metalin birden fazla değerliği birarada bulunur. Fe 3O4 bileşiğinde Fe atomlarından iki tanesi 3+, bir tanesi 2+
değerliklidir. Fe3O4 bileşiği, FeO ve Fe2O3 ün birleşmesinden oluşan bileşik oksit gibi düşünülebilir. Pb3O4
bileşiğinde, Pb atomlarından iki tanesi 2+, bir tanesi 4+ değerliklidir.
Periyodik cetvelde oksitlerin asitliği bir periyotta soldan sağa doğru gidildikçe artar. 3. periyot elementlerinden
Na2O ve MgO bazik, Al2O3 amfoterik, SiO2, P4O10, SO3 ve Cl2O7 asidik karakter gösterirler. Alkali ve toprak alkali
metallerin oksitleri iyonik karakterdedir ve erime noktaları yüksektir. Periyodik cetvelin orta kısmında yer alan yarı
38
metal ve metallerin oksitleri de odak koşullarında katıdır; fakat iyonik karakterleri daha zayıftır. Periyodik cetvelin
sağında yer alan ametallerin oksitleri ise kovalent bileşiklerdir ve oda sıcaklığında sıvı veya gaz halinde
bulunurlar.
Periyodik cetvelde bir grupta oksitlerin bazlığı yukarıdan aşağı doğru gidildikçe artar. Örneğin 2A grubunda
bulunan Mg elementinin oksiti MgO suyla tepkime vermez; ama asitlerle tepkime verir. Aynı gruptaki BaO ise
daha bazik olduğu için suyla hidroliz olur ve baryum hidroksiti oluşturur.
Ozon
Ozon O3 molekül yapısına sahip, atmosferin yüksek
katmanlarında(stratosfer) bulunan, keskin kokulu, mavi
renkli, oksijenin allotropu olan bir maddedir. Oksijen
gazından daha kuvvetli yükseltgen(oksitleyici) bir
maddedir. Bu nedenle solunduğunda solunum sistemini
tahriş eder. Oksijene, hemen hemen her sıcaklıkta
o
farklıdır. Ozonun molekül yapısında bağ açısı 116,5 olduğu için ultraviyole(UV) ışınları soğurabilme özelliği
vardır. Ozon, oksijen moleküllerinin güneş ışınlarının etkisiyle veya şimşek ve yüksek gerilim kaynaklarının
elektrik enerjisi sağlaması sonucunda ayrışmasıyla oluşur.
3 O2(g)
2 O3(g)
Ozonun tepkimeye girme eğilimi yüksek olduğu için patlayıcı özellikte bir gazdır. Kuvvetli bir yükseltgen olduğu
için altın ve platin dışındaki metaller ozonla yükseltgenir. Ozon metal sülfürleri sülfatlarına yükseltger.
4 O3(g) + PbS(k) →
PbSO4(k) + 4 O2(g)
Ozon, teknikte ozonizator adı verilen aletle elde edilir. İçi kalay yapraklarıyla kaplanmış U biçimindeki cam tüpten
oluşan bu alette ,kutuplar arasına alternatif yüksek gerilim uygulanır. İki kalay yaprağı arasında oluşan elektriksel
boşalmayla O2 gazı tüp boyunca ilerler ve bir miktar oksijen gazı yüksek gerilim altında oksijen radikallerine
ayrışır. Oluşan radikallerin O2 ile tepkimesi sonucunda da ozon gazı oluşur. İşlem sonunda O 3 gazı ile birlikte bir
miktarda tepkimeye girmemiş olan O2 gazı da bulunur.
Ozon, atık gazların kokusunun giderilmesinde, tekstilde ve yağların ağartılmasında, içme sularının arıtılmasında
ve kapalı alanların havasını temizlemede kullanılır.
Ozonla su arıtmada dezenfeksiyon için gerekli temas süresi kısadır. Ozon tat ve koku gideriminde etkilidir.
Klorlama ile oluşan zararlı yan ürünler ozonlama işlemi sırasında oluşmaz. Ozon yüksek pH değerlerinde ve
yüksek ısıda bozunur.
Ozon, her türlü mikroorganizmaya karşı etkilidir. Suyun pH değerini değiştirmez. Su arıtımında kullanılan ozon,
kısa sürede oksijene dönüştüğü için sudaki oksijen konsantrasyonunu artırır ve suda atık madde bırakmaz.
Ozonlama işleminden sonra suya karışacak mikroorganizmalara oksijene dönüşmüş olan ozon etki edemeyeceği
için içme sularının son aşamada klorlanması gerekir. Ozonlama işlemi sırasında, ozonun dozuna(katılım oranı)
göre çeşitli yan ürünler ve etkiler oluşabilir. Oluşan yan ürünlerin giderilmesi ve temizleme için ilave süzülme
işlemleri gerekir.
Atmosferin yüksek katmanlarında bulunan ozon, atmosfere katılan çeşitli kirleticilerin(uçak motorlarının yüksek
ısısı nedeniyle oluşan azot oksitler, kloroflorokarbonların fotolitik bozunmasından oluşan klor atomları) etkisiyle
bozunur. Ozon tabakasının bu şekilde delinmesi sonucunda Güneş'ten gelen zararlı mor ötesi ışınlara maruz
kalmak insanların cilt kanserine yakalanmasına neden olabilir. Ozon tabakasını korumak amacıyla Montreal
Protokolü'nü imzalamışlardır. Bu protokole göre, ozon tüketen kimyasalların kullanımlarına son vermek için kesin
kararlar alınmıştır.
39
Kükürt ve Kükürt BileĢikleri
Kükürt doğada hem elementel halde hem de maden filizi
olarak bulunur. Maden filizi olarak bulunan kükürt bileşikleri
Galena(PbS),
Sinabar(HgS),
Pirit(FeS2),
Gipsum(CaSO4.2H2O),
Epsomit(MgSO4.7H2O)
ve
Glaberit(Na2SO4.CaSO4)'dir.
Kükürt üretimi Frash yöntemi adı verilen bir yöntemle
gerçekleştirilir. Yüksek sıcaklıkta süper ısıtılmış su kükürt
yataklarının bulunduğu bölgelere pompalanır. Sonraki
o
aşamada eriyen kükürt(Erime noktası 113 C) kuvvetli hava
basıncı etkisiyle yeryüzüne erimiş halde çıkarılır.
Günümüzde
kükürt,
maden
filizlerinin
kavrulmasından elde edilen SO2 gazının H2S ile
tepkimesi sonucunda saf olarak elde edilir.
SO2 + 2 H2S → 3 S + H2O
Kükürt
bileşiklerin
de 2-, 0, 2+
4+ ve 6+
yükseltgen
me
basamakla
rına sahiptir. Oksijen kadar yükseltgen olmamasına rağmen kimyasal
olaylarda hem yükseltgen hem de indirgen olarak görev yapar. Oda
sıcaklığında aktif değildir. Altın, platin ve soygazlar dışında bütün elementler ile bileşik oluşturur. Demir, bakır
veya çinko gibi metallerle ısıtıldığında şiddetli olarak tepkimeye girer; ısı ve ışık verir. Isıtıldığında oksijenle
birleşerek SO2 gazını ve az da olsa SO3 gazını oluşturur. Kükürt hidrojen, karbon ve klor gibi elementlerle de
tepkimeye girer;ancak bu tepkimeler daha zor gerçekleşir.
Kükürtün doğada ikiden fazla allotropik şekilleri vardır. Kükürt oksijenden farklı olarak, elementel halde yalnızca
o
çok yüksek sıcaklıklarda S2 gazı molekülleri halinde bulunabilir. Bu nedenle 25 C sıcaklıkta kükürt S2 molekülleri
olarak değil, S6 , S8 ve Sn zincirleri şeklinde sıralanır.
o
25 C sıcaklık ve 1 atmosfer basınçta kükürtün en kararlı yapısı(allotropu), S8 halkalarını içeren rombik kükürt'tür.
o
o
Rombik kükürt eritilerek(erime noktası 113 C) 120 C sıcaklığa ısıtıldığında halkalarda kopmalar olur. Oluşan yapı
yavaş yavaş soğutulursa S8 halkalarından farklı, S8 zincirlerinden oluşan monoklinik kükürt oluşur. Rombik
kükürt ve monoklinik kükürtteki yapıların oluşumu birbirinden farklı olduğu için bu yapılar kükürtün allotropları
olarak bilinirler. Kükürtün yukarıdaki allotropları dışında plastik kükürt dediğimiz amorf kükürt allotropu da vardır.
40
Kükürdün oluşturduğu bileşiklerin en önemlilerinden biri hidrojen sülfürdür(H 2S). H2S zehirlidir, yanabilir, sıvı halde
elektriği iletmez, suda çözünür ve zayıf asit çözeltisi oluşturur. H2S ve H2O bileşiklerinin geometrik yapısı birbirine
benzer. H2S bileşinin kaynama noktası suyun kaynama noktasından çok düşüktür. Bunun nedeni, suda moleküller
arasında hidrojen bağlarının bulunması, H2S'te ise bu bağların bulunmamasıdır.
H2S, metal sülfürler üzerine seyreltik asitlerin etki ettirilmesi sonucunda elde edilir.
FeS(k) + H2SO4(suda) →
FeSO4(suda) + H2S(g)
H2S, bütün metaller ile türlü şekil ve renkte sülfürler oluşturduğundan katyonların tanınması işlemlerinde ayraç
olarak kullanılır.
Kükürtdioksit(SO2) gazı, H2SO4 üretiminde, meyvelerde ağartıcı ve koruyucu olarak, kağıt endüstrisinde renk
ağartıcı olarak kullanılır.
Kükürttrioksit(SO3) gazı ve H2SO4 kontakt yöntemi ile elde edilir. Bu yöntemde SO2 önce katalizör eşliğinde,
o
o
450 C sıcaklıkta O2 gazı ile SO3 gazına dönüştürülür. Daha sonraki aşamada 400 C'ye kadar soğutulan SO3 gazı,
H2SO4 içerisine gönderilir. SO3 gazı H2SO4 tarafından tutulur ve oleum(H2S2O7) elde edilir.
2 SO2(g) + O2(g) →
2 SO3(g)
SO3(g) + H2SO4(s) → H2S2O7(s)
Oluşan H2S2O7(s), su ile seyreltilerek sülfürik asite dönüştürülür.
H2S2O7(s) + H2O(s) → H2SO4(s)
H2SO4 renksiz, yağımsı özellikte olan bir sıvıdır. Kuvvetli bir asit, su çekici ve yükseltgen olduğu için kimya
endüstrisinde çok amaçlı( bazların nötrleştirilmesinde, metallerin ve karbonatların çözünmesinde, demir ve çelik
endüstrisinde metal yüzeylerinin oksitlerden temizlenmesi, matbaacılıkta boyanın kağıda yapışmasını sağlayan
aluminyum sülfatın eldesinde) kullanılır.
Sülfat tuzları, soy olmayan metallerin sülfürik asitin hidrojeni ile yer değiştirmesi veya metal oksit ve
hidroksitlerinin H2SO4 ile tepkimesi ile oluşur.
2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl
Ca(OH)2 + H2SO4 →
CaSO4 + 2 H2O
Diğer bir yöntem de, sülfürik asitten daha uçucu olan asitlerin tuzlarının sülfürik asitle ısıtılmasıdır.
Sülfat tuzlarının en önemlileri CuSO4.5H2O, CaSO4.2H2O dır. CuSO4.5H2O bileşiği göztaşı olarak bilinir. Gübre ve
böcek öldürücü olarak kullanılır. CaSO4.2H2O ise alçı taşı olarak bilinir. Suda hamur haline gelip havayla temas
ederse taşlaşır; bu nedenle heykel ve kalıp yapımında kullanılır.
Sodyum sülfür(Na2S), endüstride Na2SO4 bileşiğinin karbon ile indirgenmesinden elde edilir.
Na2SO4 + 4 C
→
Na2S + 4 CO
Na2S, laboratuvarda kükürt ve sodyumun tepkimesi sonucunda oluşur. Deri endüstrisinde kıl dökücü olarak
kullanılır.
41
2 Na + S →
Na2S
Demir(II) sülfür(FeS), en bol ve en ucuz sülfür bileşiğidir. Demir ile kükürtün birlikte ısıtılmasından elde edilir. FeS,
H2S üretiminde kullanılır.
Fe(k) + S(k) →
FeS(k)
Bazı kükürt bileşiklerinin(SO2, SO3, H2S, H2SO4, Na2SO3 gibi) çevre üzerine olumsuz etkileri vardır. Bu bileşikler
önemli ölçüde çevre kirliliğine yol açar. Bileşiminde kükrt bulunan yakıtlar yakıldığında önemli miktarda SO 2 gazı
oluşur. Atmosfere salınan SO2 gazı NO2 ile tepkimeye girerek SO3 gazına dönüşür. Oluşan SO3 gazı havadaki su
buharı ile etkileşerek asit yağmurlarına neden olabilir. Oluşan H 2SO4, ciddi solunum rahatsızlıklarına neden olur.
Oluşan asit yağmurları, göllerin ve yer altı sularının kirlenmesine, mermer ve kireç taşlarının tahrip olmasına
neden olur. Sülfürik asit, toprakta bulunan ve bitkiler tarafından alınması gereken kalsiyum iyonları ile tepkimeye
girerek suda çözünmeyen CaSO4 tuzunu oluşturur. Oluşan CaSO4 suda çözünmediğinden bitkiler tarfından
alınamaz.
Selenyum, Telluryum, Polonyum
Selenyumun metal halindeki şekilne gri
selen adı verilir. Ametal halindeki
şekillerinin renkleri koyu kırmızıdan
başlayarak siyaha kadar değişir. Gri
selen, selenyumun en dayanıklı şeklidir
ve elektriği iletir. Metal halindeki
3
selenyumun yoğunluğu 4,79 g/cm ,
o
erime noktası ise 217,4 C'dir. Kükürt
filizleri selenyumca zengindir.
Selenyumun(gri selen)
kimyasal
özellikleri kükürtün aynısıdır. Havada
mavi bir alevle yanar. Metallerle
selenürleri oluşturur. Na2Se gibi
bileşikleri zehirlidir.
Telluryum, doğada çok az bulunur. Metal sülfür minerallerinde az oranda bulunur. Telluryumun ametalik şekilleri
bulunmaz. Bu elementin gümüş beyazlığında, parlak ve sert olmayan hali en dayanıklı şeklidir. Yoğunluğu 6,2
3
o
g/cm , erime noktası ise 449,8 C'dir. Kendi üstündeki grup elementlerinden daha metal karakterli olmasına
rağmen yarımetaldir. Bileşiklerinde 2-,4+,6+ değerliklerini alabilmektedir.
Telluryum yarı iletken olduğundan transistörlerin yapımında, çelik ve bakıra katılarak özelliklerinin
iyileştirilmesinde, kurşuna katıldığında, kurşunun sertlik ve mukavemetini artırmada, termoelektrik alaşımlarının
üretiminde kullanılır.
Polonyum, Marie ve Pierre Curie çiftinin pehblend filizi üzerindeki araştırmaları sırasında bulunmuştur. Doğada
uranyum, toryum, aktinyum radyoaktif bozunması sonucu ortaya çıkan ve çok ender bulunan radyoaktif bir
elementtir. Yarı ömürleri birbirinden farklı çok sayıda izotopu vardır.
Polonyum, çekirdek fiziğinde alfa ışınları kaynağı olarak, berilyum alaşımları ile nötron kaynağı olarak kullanılır.
Tekstil fabrikalarında statik elektriklenmeyi önlemek için, fotograf filmleri üzerindeki tozları uzaklaştırmada
kullanılan fırçaların yapılmasında yine polonyum kullanılır.
42
HALOJENLER(7A GRUBU ELEMENTLERĠ)
Periyodik cetvelin 7A grubu elementleri metaller ile tuz oluşturdukları için tuz
yapıcı anlamında halojen olarak adlandırılırlar. Halojenlerin tamamı ametaldir.
2
5
En yüksek enerji seviyelerindeki elektron dizilimi ns np şeklindedir. Değerlik
elektron sayıları 7'dir. Flor hariç bileşiklerinde 1-'den 7+'ye kadar değişen
değerlikler almaktadırlar. Flor en elektronegatif element olduğu için tüm
bileşiklerinde 1- değerliklidir. Halojenlerin metallerle oluşturdukları tüm
bileşiklerde değerlikleri 1-'dir.
Atomik halde kararsız oldukları için element halde moleküler yapıdadırlar. Oda
koşullarında flor ile klor gaz, brom sıvı, iyot katıdır.
Halojenler çok aktif oldukları için doğada serbest halde bulunmazlar.Bileşikler
halinde bulunurlar. Hidrojenle oluşturdukları bileşikleri(hidrürleri) asidik özellik
gösterirler. Önemli bileşikleri oksi asitler ve tuzlardır. Florun başlıca doğal
kaynağı florit mineralindeki CaF2 ve kriyolit mineralindeki Na3AlF6 dır. Klorun en yaygın bileşiği NaCl dir. Brom ve
iyot, doğada flor ve klora göre daha az bulunur. NaCl, deniz suyunda, kaya tuzu yataklarında bulunur. Brom,
deniz suyunda ve yer altı tuz yataklarında bulunur. İyot, deniz suyunda, yosunlarda ve Şili güherçilesinde bulunur.
Halojenlerin eldesi
Halojenlerin üretimi genel olarak yükseltgenme ile gerçekleştirilir. Endüstriyel olarak en iyi yöntem elektrolitik
yöntemle yükseltgenmedir.
Flor üretimi için sulu elektrolit çözelti kullanılamaz. Çünkü su daha düşük potansiyelde yükseltgenir ve üretilen flor
su ile hızla tepkimeye girer. Bu nedenle flor, iletkenliği artırmak için KF eklenmiş sıvı hidrojen florürün yaklaşık
o
70 C sıcaklıkta, grafit elektrotlar kullanılarak elektrolizinden elde edilir. Elektroliz olayı tamamen susuz ortamda
yapılmalıdır.
-
Anot(yükseltgenme)
2F
Katot(indirgenme)
2H +2e
+
→
F2(g) + 2 e
-
→
-
H2(g)
__________________________________________
Net tepkime
2 HF(s)
→
H2(g) + F2(g)
Laboratuvarda klor elde etmek için mangan(IV) oksit ve HCl'nin tepkimesinden yararlanılır.
MnO2(k) + 4 HCl(suda) →
MnCl4(k)
→
MnCl4(k) + 2 H2O(s)
MnCl2(k) + Cl2(g)
43
Endüstride klor, klor alkali yöntemi olarak bilinen sulu NaCl çözeltisinin elektrolizi ile üretilir.
2 NaCl(suda) + 2 H2O(s)
→ 2 NaOH(suda) + H2(g) + Cl2(g)
Laboratuvar koşullarında klor, brom ve iyot, mangan(IV) oksit varlığında alkali halojenürlerin derişik sülfürik asitle
ısıtılmasıyla elde edilir.
2 NaCl(suda) + MnO2(k) + 2 H2SO4
→ MnSO4(suda) + Na2SO4(suda) + 2 H2O(s) + Cl2(g)
2 KBr(suda) + MnO2(k) + 3 H2SO4
→ Br2(s) + 2 KHSO4(suda) + MnSO4(suda) + 2 H2O(s)
2 KI(suda) + MnO2(k) + 3 H2SO4
→ I2(s) + 2 KHSO4(suda) + MnSO4(suda) + 2 H2O(s)
Flor, dayanıklı florokarbon bileşiklerinin eldesinde, yanmayan ve
yüksek sıcaklığa dayanıklı teflon üretiminde, soğutucu akışkan özelliği
olan kloroflorokarbon(CCl2F2) üretiminde, ozonla dost soğutucu
akışkan özellikte olan hidroflorokarbonların(HCFC) eldesinde kullanılır.
Flor bileşiklerinden NaF, haşere ilacı olarak kullanılır. Dişlerin
çürümesini engellemek için içme suyuna ve diş macunlarına, diş
çürümelerini önlemek için gerektiği kadar flor bileşikleri katılır. HF cam
dahil pek çok malzemeyi aşındırma özelliğine sahip olduğu için cam
endüstrisinde kullanılır. Freon, oda şartlarında sıkıştırılarak kolayca
sıvılaşabildiği için soğutucularda kullanılır.
Klor, şehir sularının,atık suların ve havuz sularının temizlenip
dezenfekte edilmesinde, kolay yanmayan polivinilklorür(PVC) plastik
polimerinin üretiminde, ağartıcı olarak kağıt ve tekstil endüstrisinde
kullanılır. Klor bileşikleri buzun erime noktasını düşürdüğü için
buzlanmayı önlemede kullanılır. HClO ve NaClO gibi klorlu bileşikler
renk ağartıcı ve mikrop öldürücü oldukları için tekstil ve deterjan
endüstrisinde kullanılır. HCl, hayvanların kemiklerinden jelatin ve
fosfor elde etmede, önemli klorürlerin elde edilmesinde, demir ve
çeliklerin pasını almada kullanılır. KCl, gübre sanayiinde kullanılır.
KClO3, havai fişeklerde, laboratuvarda oksijen elde edilmesinde, kibrit
endüstrisinde kullanılır.
Brom, organik ilaç ve boyaların sentezinde, fotografçılıkta, yangın
söndürücülerde kullanılır. Bazı brom bileşikleri sinirlere hafif
uyuşturucu etki yaptığından ağrı kesicilerde ve uyku ilaçlarında, AgBr,
fotografçılıkta, Etilendibromür(C2H2Br2), benzinin oktanının
yükseltilmesinde kullanılır.
İyot, yaralar için antiseptik olarak(alkol ve KI ile karıştırılarak
tentürdiyot yapılır), tıpta ve fotografçılıkta, katalizör olarak kimyasal
tepkimelerde kullanılır. KI ve NaI bileşikleri guatr hastalığının
önlenmesinde, AgI, fotografçılıkta kullanılır.
44
GEÇĠġ ELEMENTLERĠ
Geçiş elementlerinin
sayısı
diğer
elementlerin
sayısından
fazladır
ve tamamı metaldir.
Bu
element
atomlarının
en
yüksek
enerji
seviyesinde
2
elektronları
vardır.
Çünkü
elektron
diziliminde en yüksek
enerji seviyesindeki orbital 4s'dir. Geçiş elementlerinin yükseltgenme basamakları çeşitlilik gösterir. Geçiş
a
b
2
5
elementlerinin değerliği genelde ns (n-1)d dizilimindeki a+b toplamına eşittir. 4s 3d diziliminde değerlik elektron
sayısı 7 dir. Bu durumdaki element bileşiklerinde 7+'ya kadar + değerlik alabilir. Ag, Cu gibi elektrik iletkenliği çok
iyi olam metaller geçiş elementidir. Geçiş elementlerinin genellikle dayanıklı olan birçok kompleks bileşik
oluşturma eğilimleri vardır. Koordinasyon kimyasının önemli elementleri kompleks bileşikler oluştururlar. Çeliğe
değişik özellikler kazandıran V,
Cr, Mn, Co, Ni, Mo ve W'da geçiş
elementidir. d bloğu elementleri, s
bloğunun aktifliği yüksek metalleri
ile
aktifliği
düşük
metaller
arasında bir geçişi temsil ettiği
için,
geçiş metalleri olarak
adlandırılırlar.
Geçiş
elementlerinin
en
önemlilerinden biri demirdir(Fe).
Doğada aluminyumdan sonra
bulunma oranı en yüksek olan ve
en çok kullanılan metaldir.
Paslanmamış meteor yüzeyleri
haricinde demir yeryüzünde hiçbir
zaman serbest halde bulunmaz.
Volkanik
kayalarda
bulunan
demir, daha çok pirit(FeS2) gibi sülfürler ve ferrosilikatlar((Mg.Fe)2SiO4 halinde bulunur. Bu cevherlerdenden
45
endüstride saf demir eldesi uygun değildir. Volkanik kayalarda bu yapıların haricinde daha basit demir bileşikleri
de vardır. Demirin başlıca alaşımı olan çelik, ilk kez 3000 yıl önce elde edilmiş ve kılıç yapımında kullanılmıştır.
Demir çelik üretiminde 1300'lü yıllarda yüksek fırınlar, 1856'da Bessemer konvertörü, 1860'larda açık fırınlar ve
1950'lerde temel oksijen fırınları kullanılmaya başlamıştır.
Demirin mineralleri, % 60-70 oranında demir içeren manyetit(Fe3O4), % 40-60 oranında demir içeren
hematit(Fe2O3), % 30-50 oranında demir içeren limonit([FeO(OH)])tir. Bu minerallerin kendilerine özgü renkleri ve
özellikleri vardır. Manyetit, manyetik özelliğe sahip siyah veya koyu renklerde bir mineraldir. Hematite renginden
dolayı kırmızı demir taşı da denir. Limonit oksitlenmiş demir rengindedir. Limonit cevheri içinde fazla miktarda
kireç içerdiğinden demir üretimi sırasında katkı maddesi olarak kireç kullanılmasına gerek kalmaz. Mineral
içerisinde bir miktar kil, kum gibi safsızlıklar bulunduğu için demir oranı değişiklik gösterebilir.
Demir mineralleri esas olarak çelik üretiminde kullanılırlar. Çelik üretimi için öncelikle demir cevherlerinden ham
demir elde etmek gerekir. Ham demir üretimi için yüksek fırın kullanılır. Demir cevherleri madenden çıkarıldıktan
sonra
kırma
işlemi
gerçekleştirilir. Daha sonra
yüksek
fırında
demir
metaline indirgenir.
Yüksek fırına verilen demir
cevherindeki
demiri
oksijenden ayırmak için
karbona
ve
ısıya
gereksinim vardır. Kok
kömürünü yakmak için alt
o
kısımdan
600-850 C'de
hava gönderilir. Böylece
koktan önce CO gazı elde
edilir. Asıl indirgen olan
madde bu gazdır. Bu
süreçte daha sonra oluşan
CO2 gazı kızgın kokla
karışarak yeniden CO'ya
dönüşür. Bu döngü sürekli
tekrarlanır. Yüksek fırına,
demir cevheri, kok kömürü
ve
curuf
oluşturucu
maddeler(kireç taşı) üst
kısımdan
eklenir.
Bu
maddelerin oranı demir
cevherinin bileşimine ve
içinde
bulundurduğu
safsızlıklara bağlıdır. Bu
malzemeler fırın içerisinde
alt
kısımlara
doğru
ilerlerken bir dizi tepkime
gerçekleşir.
Tepkimeler
sonucunda demir cevheri pik(ham) demire dönüşür. Fırın tabanındaki bölmede erimiş ham demir toplanır. Ham
demirin üzerinde daha küçük yoğunluğu olan curuf toplanır. Periyodik aralıklarla ham demir ve curuf erimiş halde
dışarı aktarılır. Yüksek fırında gerçekleşen olaylar şekilde tepkime denklemleriyle aşağıdaki gibi gerçekleşir..
o
o
1.
2000 C sıcaklıkta kok, oksijen ile tepkimeye girer. Oluşan CO2 gazı fırında yükselir ve 1300 C sıcaklıkta kok
kömürünün karbonu ile CO gazı oluşturur.
C(k) + O2(g)
→
CO2(g)
CO2(g) + C(k) → 2 CO(g)
2.
o
CO fırında biraz daha yükselince 1000 C sıcaklıkta demir cevherini indirger.
46
Fe2O3(k) + 3 CO(g)
→
2 Fe(k) + 3 CO2(g)
Bu tepkimelerin yanısıra fırının daha üst bölgelerindeki demir cevheri CO ile kısmen indirgenir.
Fe2O3(k) + CO(g)
→
2 FeO(k) + CO2(g)
Oluşan FeO, fırının alt kısımlarıda demire indirgenir.
FeO(k) + CO(g)
→
Fe(k) + CO2(g)
3.
Curuf oluşturucu olarak kullanılan kireç taşı, kalsiyum oksit ve karbondioksit oluşturur. CaO cevherdeki
safsızlıkların uzaklaştırılmasına yardımcı olur.
CaO(k) + SiO2(k) →
CaSiO3(s)
CaO(k) + Al2O3(k) →
Ca(AlO2)2(s)
6 CaO(k) + P4O10(k) →
2 Ca3(PO4)2(s)
Oluşan curuf sıvı demirin üzerinde yüzer.
Ham demir % 95 Fe, % 2-6,7 C ve çeşitli oranlarda safsızlıklar içerir. C oranı çok yüksek olan bu karışımın
kullanım alanı sınırlıdır. Karbon atomları ham demirin çok sert ve kırılgan olmasına neden olur.
Çelik Üretimi
Yüksek fırında elde edilen ham
demirin içinde bulunan fazla
karbonun
uzaklaştırılması
gerekir. Çelik temel olarak bir FeC alaşımıdır. Ham demirdeki C
oranı % 2-6,7 iken çelikteki C
oranı % 0,15-1,5 arasındadır.
Günümüzde çelik üretimi için
kullanılan yöntemlerden birisi
Bessemer yöntemidir. Bessemer
yönteminin en önemli özelliği
erimiş
dökme
demirdeki
safsızlıkların oksijenle giderilmesi
ve bu sırada oluşan tepkimelerde
açığa çıkan enerjinin demiri sıvı
halde tutmasıdır. Bu yöntemde
çelik elde etmek için konverter
kullanılır. Konverter, yumurta
şeklinde etrafı kil veya dolomit
ile astarlanmış bir yüksek
fırındır. Üstünde delik bulunan
bu fırının altında ise hava
üfleme
ızgaraları
bulunur.
Üstteki delikten erimiş dökme
demir konulur. Fırına hava
gönderildiğinde
safsızlıklar
oksitlenir. Bu oksitlerden gaz
olanlar ortamdan uzaklaşır.
Diğerleri ise curuf halinde erimiş
demirin üzerinde toplanır ve
farklı
bir
yoldan
geçerek
demirden uzaklaştırılır. İşlemler
sırasında yapıda yine de bir
miktar fosfor ve kükürt kalır.
47
Çelikler içerdikleri karbon yüzdelerine göre çeşitlilik gösterirler. % 0,15'den az karbon içeren, çekilebilir ve
yumuşak özellikte olan ve demir tel yapımında kullanılan çeliğe düşük karbonlu çelik denir. % 0,15-0,25 C içeren,
yumuşak çekme mukavemeti düşük, sertleştirilme yeteneği çok az,kaynak olma özelliği fazla olan ve kablo, çivi,
zincir ve nal yapımında kullanılan çeliğe az karbonlu çelik denir. % 0,25-0,60 C içeren, kaynak olma özelliği orta
derece, çekme mukavemetleri yumuşak çeliklere göre daha yüksek olan ve çivi, ray, kiriş, direk ve yapı
malzemelerinde kullanılan çeliğe orta karbonlu çelik denir. % 0,61-1,5 C içeren, içerdiği C artışına göre sertleşen,
çekme mukavemetleri yüksek olan, sertleştirilebilme yeteneği yüksek olan, kaynak olma özellliği zayıf olan, bıçak,
ustura, jilet, matkap uçlarının yapımında kullanılan çelğe yüksek karbonlu çelik denir.
Endüstride % 1,5'ten fazla karbon içeren çelik üretilmez. Çelikteki C yüzdesi arttıkça kırılganlık artar. Çeliğe
karbon dışında çeşitli metaller katılarak çeliğe değişik özellikler kazandırılır.
Çeliğe mangan katılırsa, kolaylıkla kesilemeyen ve matkapla delinemeyen sert çelik elde edilir. Çok sağlam
kasalar, taş kıran ve yol yapımında kullanılan makineler, yaylar, burgular bu çelikten yapılır. Çeliğe katılan
manganın korozyona direnci az olduğundan, çeliğe tek başına nadiren katılır. Manganla birlikte krom gibi
korozyon direnci yüksek olan maddeler alaşıma ilave edilir.
% 12 krom katılan çelikler, paslanmaz çelik olarak bilinir. Korozyon direncini artırır. Sıcaklık ve asitlerden
etkilenmez.
Çeliğe kobalt katılırsa çelik sertleşir. Nikel katılırsa çeliğin esnekliği, sertliği ve şok direnci artar. Niyobyum
katılırsa yüksek sıcaklıklara karşı dayanıklılık artar. Titan katılırsa çatlamayı en aza indirerek alaşımın ömrünü
uzatır. Vanadyum katılırsa çeliğin sertliği, dayanıklılığı ve esnekliği artar. Silisyum katılırsa diğer çelik türlerine
göre daha esnek bir çelik türü elde edilir. Yay, tranformatör ve dinamolarda kullanılır.
Çeliğe katılan maddeler, teker teker katılabilecekleri gibi birkaçı birarada da kullanılabilir. Alaşıma katılan katkı
maddesinin oranı da önemlidir. Farklı oranlardaki katkı maddesinin çeliğe kazandırdığı özellikler de farklıdır.
48
Önemli GeçiĢ Elementleri
Periyodik cetvelin d bloğunda yer alan geçiş elementlerinin başlıca doğal mineralleri, elde ediliş yöntemleri ve
önemli kullanım alanları tabloda verilmiştir.
Geçiş
metali
Ti
Başlıca Doğal Minerali
Elde Ediliş Yöntemleri
İlmenit(FeTiO3)
Rutil(TiO2)
Titanomanyetit((Fe3O4)FeTiO3)
Titan minerallerinin sodyum
veya magnezyumla
indirgenmesinden elde edilir.
Cr
Kromit(FeO.Cr2O3)
Krokoid(PbCrO4)
Mn
Piroluzit(MnO2)
Manganit(Mn2O3.H2O)
Rodonit(MnSiO3)
Kromit mineralinin elektrik ark
fırınında karbonla
indirgenmesiyle elde edilir.
Demir gibi yüksek fırınlarda
elde edilir.
Ni
Cu
Nikel blendi(NiS)
Pentlandit(NiS.2FeS)
Garnierit((Ni.Mg)SiO3.nH2O
Kuprit(Cu2O)
Azurit(2CuCO3.Cu(OH)2)
Kalkopirit(CuFeS2)
Malahit(CaCO3.Cu(OH)2)
Piritlerden elde edilir.
Kalkopiritin
flotasyon(yüzdürme
işleminden sonra sülfürden
arındırmak için kavrulması ile
CuS'deki Cu'nun indirgenmesi
ile
ZnS'in flotasyon ile
zenginleştirilmesinden sonra
kavrulmasıyla elde edilen
ZnO'daki Zn'nin
indirgenmesiyle
Fiziksel ayırma yöntemleriyle
Zn
Çinko Blendi(ZnS)
Sefalerit(ZnO)
Zinkit(ZnCO3)
Simitsonit(Zn2SiO4)
Pd
Platin grubu metalleriyle
birlikte ve metalik durumda
Ag
Argentit(Ag2S)
Kerargirit(AgCl)
Bakır ve kurşun arıtımında
yan ürün olarak ve
siyanürleme ile
Sn
Kasiterit(SnO2)
Stanit(Cu2S.FeS.SnS2)
Platin mineralleri
Platin arsenit
Platin sülfit
Metalik platin
Cevher zenginleştirme,
indirgeme ve saflaştırma ile
Platin bileşiklerinin ısıtılarak
indirgenmesiyle
Au
Kalaverit(Au2Te4)
Silvanit(Au2Ag2Te6)
Krennerit (Au8Te6)
Büyük kısmı metalik Au
Fiziksel ayırma yöntemleri ve
siyanürlendirme yöntemi
Hg
Sinnebar(HgS)
Pb
Galen(PbS)
Serüsit(PbCO3)
Anglesit(PbSO4)
Cevherin hava akımı
desteğinde ısıtılması ve hava
oksijeninin kükürt ile
birleşmesi sonucu oluşan
Hg'nin yoğunlaştırılması ile
Cevher zenginleştirme,
kavurma indirgeme ve
saflaştırma yoluyla
Pt
49
Önemli Kullanım Alanları


















Uzay aracı, uçak ve füze yapımında
Boya yapımında
Tekstilde
Alaşımlarda
Paslanmaz çelik üretiminde
Koruyucu kaplama yapımında
Alaşımlarda
Çeliğin mekanik özelliklerini
geliştirmede
Bileşikleri kansızlık tedavisinde
Bileşikleri enfeksiyona karşı ilaçlarda
Alaşımlarda
Organik tepkimelerde katalizör olarak
akümülatör yapımında
Alaşımlarda
Elektrikte tel ve levha olarak
Pirinç, bronz alaşımlarının üretiminde
Damıtma aygıtlarının yapımında
Alaşımlarda




Kaplamacılıkta(Galvanizleme)
Boya ve ilaç yapımında
Elektrot yapımında
Alaşımlarda






Metalik halde yüksek miktarda hidrojen
absorblayabildiği için hidrojenasyonda
katalizör olarak
alaşımlar halinde para yapımında
Süs eşyaları yapımında
Kaplamacılıkta
Gıda ve ilaç endüstrisinde
Ayna yapımında
Teneke yapımında
Alaşımlarda ve tel yapımında
Alaşımları mücevher yapımında
Laboratuvar araçları ve mücevher
yapımında
Dişçilikte
Organik tepkimelerde katalizör olarak
Süs eşyası yapımında
Diş kaplamada
Alaşımlarda




Termometre, barometre yapımında
Civa buharlı lambalarda
Alaşımların üretiminde
İlaç, kimyasal ve patlayıcı yapımında

Boru ve elektrik kablolarının
kaplanmasında
Boya, lehim ve alaşım yapımında
akümülatörlerde











ORGANĠK BĠLEġĠKLER
Organik Kimya Tarihçesi
Organik kimya karbon-karbon bağı içeren bileşiklerin kimyasıdır. İnsanlar çok eski yıllardan beri organik kimyayla
uğraşmışlardır. Organik kimya bir bilim dalı olmadan önce de insanlar organik maddelerle uğraşıyorlardı. Üzüm
suyundan şarap yapma, sirke elde etme, bitkü ve hayvanlardan yağ elde etme, organik kimya bilim dalı olmadan
öncede gerçekleştiriliyordu.
19. yüzyılın ilk yarısında bir bilim dalı olarak ortaya çıkan organik kimya, bitkisel ve hayvansal maddelerin ortak
element olarak karbon içerdiğini ortaya çıkardı. İsveçli kimyacı Berzelius'un önerisiyle organik maddelerle ilgilenen
bilim dalına organik kimya adı verildi. Berzelius'a göre organik maddeler, yaşam gücü ile ancak canlı
organizmalarda meydana gelebilirdi. Bu görüş 1828 yılında Alman kimyacı Friderich Wöhler'in anorganik
maddelerden üreyi elde etmesiyle değişmeye başladı. Wöhler, amonyum sülfatla((NH 4)2SO4) potasyum
siyanatı(KOCN) birbiriyle tepkimeye sokarak organik bir madde olan üreyi(NH 2-CO-NH2) elde etti. Wöhler,
deneyini yaparken potasyum siyanatı elde etmek için önce potasyum siyanürle(KCN) kurşun(IV) oksiti(PbO 2)
tepkimeye sokarak potasyum siyanatı(KOCN), sonrada üreyi elde etti.
KCN + PbO2
→
KOCN + PbO
2 KOCN + (NH4)2SO4 → K2SO4 + 2 NH4OCN
NH4OCN
→
Wöhler sentezi organik kimya için bir dönüm noktası kabul edildi. Organik maddelerin laboratuvarda sentezlenme
çalışmalarıda hız kazandı. Günümüzde canlılar tarafından üretilmeyen ve doğal olarak bulunmayan pek çok
madde yapay olarak elde edilebilmektedir.
Organik kimya, karbon içeren bileşikler kimyasıdır; ancak karbon atomu içeren her bileşik organik olmak zorunda
değildir. Örneğin, yapısında karbon içeren CO, CO2, Na2CO3 ve KCN gibi bileşikler organik değil anorganiktir.
Anorganik bileşikler iyonlardan meydana gelmişlerdir.Yapılarındaki atomlar birbirlerine iyonik bağlarla
bağlanmışlardır. Suda çok çözünürken, organik çözücülerde az çözünürler. Sulu çözeltileri elektriği iletir. Erime ve
kaynama noktaları yüksektir. Isıya dayanıklıdırlar ve buharlaşmaları zordur. Çok sayıda element içerirler. Örnek
olarak NaCl, KClO3, Fe2O3 verilebilir.
Organik bileşikler moleküllerden oluşurlar. Moleküllerdeki atomlar birbirine kovalent bağlarla bağlıdırlar.
Molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri Van der Waals ve hidrojen bağlarıdır. Suda az, organik çözücülerde çok
çözünürler. Çözeltilerinin elektrik iletkenliği yok denecek kadar azdır. Erime ve kaynama noktaları düşüktür. Kolay
yanarlar. Temel olarak C, H, O, P, N, S, Br, B, Cl, I, F gibi elementleri içerirler. Örnek olarak CH4, C2H5OH
verilebilir.
Organik BileĢiklerin Formülleri
Organik kimyada bileşik formülleri farklı şekillerde gösterilebilir. Formüller, basit formül, molekül formülü ve yapı
şekilde yazılabilir. Örneğin propen bileşiğinin formülleri aşağıdaki gibi gösterilebilir.
Bileşiği oluşturan elementlerin türünü, atom sayılarınının oranını ve atomların sayılarını veren formüle ise
molekül formülü denir.
50
Organik bileĢiklerde elementlerin aranması
Bir organik bileşiği oluşturan elementlerin neler olduğu nitel analiz ile, elementlerin bileşik içerisindeki miktarları da
nicel analiz yöntemleriyle bulunabilir. Bütün organik bileşiklerde karbon elementinin varlığı kesindir. Organik
bileşiklerdeki karbon(C) ve hidrojen(H) elementlerinin varlığını anlamak için, bir kap içerisine bir miktar organik
madde konulur ve kap içerisine fazla miktarda oksijen gönderilir. Organik madde tüpü ısıtılır ve organik maddenin
yanması sağlanır. Yanma sonucunda oluşan su buharı su tutucular tarafından, CO 2 gazı da kireç suyu tarafından
tutulur. Kullanılmayan oksijen ve diğer gazlar tüplerden geçerek dışarı çıkarlar.
CO2 , H 2 O , O 2
ve diğer gazlar
Fırın
O2 ve di ğer gazlar
Madde
örneği
Mg(Cl4) gibi su
2
Kireç suyu
tutucu bir madde
Organik maddelerde azot(N) elementinin varlığını nitel olarak bulabiliriz. Bir deney tüpünde organik madde(üre
gibi azot içeren), NaOH ve CaO ile karıştırılıp ısıtılırsa bir gaz çıkışı olur. Tüpün ağız kısmında tutulan ıslak
kırmızı turnusol kağıdının rengi maviye dönerse çıkan gazın NH3 olduğu anlaşılır. Tepkimede oluşan NH3 gazı
organik maddede azot elementinin varlığını gösterir.
C, H, N ve O elementlerinden oluşan bir organik bileşikte C, H ve N varlığını nitel olarak bulabilirken O varlığını
bulamayız. Oksijenin varlığını bulabilmek ve miktarını hesaplayabilmek için C, H ve N elementlerinin nicel
analizleri sonucunda bulunan yüzde oranlarından yararlanırız. 100 gram organik bileşiğin analizi yapıldığında, C,
H ve N elementlerinin kütle yüzdeleri bulunur. C, H ve N elementlerinin yüzde kütleleri toplamı 100'den çıkarılırsa
o bileşikteki oksijenin kütle yüzdesi bulunur. Yüzdelerden yararlanarak elementlerin mol sayıları hesaplanır ve
birbirlerine oranlanarak bileşiğin basit formülü bulunur.
Örnek: Karbon ve hidrojenden oluşan bir organik bileşiğin analizi sonucunda kütlece % 80'i C, %20'si H
bulunmuştur. Buna göre, organik bileşiğin basit formülünü bulunuz.(C = 12 g/mol, H = 1 g/mol)
Çözüm: Bileşikten 100 gramlık örnek alındığında, 80 gram C, 20 gram H içerir. Bu durumda 100 gram bileşikteki
C ve H mollerini hesaplayalım.
Atom sayılarının tamsayıya dönüştürülmesi için C ve H mol sayıları 6,7'ye bölünür.
bu durumda bileşiğin basit formülü CH3 olur.
Örnek: Karbon, hidrojen ve azot elementlerinden oluşan bir organik bileşiğin 31 gramının oksijenle yakılması
sonucunda elde edilen CO2 bileşiği 44 gram ve H2O bileşiği 45 gram olduğuna göre, organik bileşiğin basit
formülünü bulunuz.(C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, N = 14 g/mol)
Çözüm: Önce CO2 ve H2O'nun bileşimindeki C ve H kütlelerini bulalım bulunur.
Başlangıçtaki organik madde kütlesinden C ve H kütleleri toplamını çıkararak N kütlesini bulalım.
51
31 g - (12 g + 5 g) = 14 g N
Bulunan değerlerden yararlanarak elementlerin mol sayılarını bulalım.
Bulunan değerler katsayılar olarak alınırsa bileşiğin basit formülü CH 5N olur.
Örnek: Karbon, hidrojen, oksijen ve azot elementlerinden oluşan bir organik bileşiğin analizi sonucunda kütlece %
49,48'i C, %5,19'u H, %28,85'i N olarak bulunmuştur.Buna göre, organik bileşiğin basit formülünü bulunuz.(C = 12
g/mol, H = 1 g/mol, N = 14 g/mol, O = 16 g/mol)
Çözüm: Bileşikten 100 gramlık örnek alındığında, 49,48 gram C, 5,19 gram H, 28,85 gram N içerir. Bu durumda
oksijen kütlesini bulmak için C, H ve N elementlerinin kütlelerinin toplamını 100 gramdan çıkardığımızda bileşiğin
100 gramındaki oksijen kütlesini buluruz.
100 - (49,48 + 5,19 + 28,85) = 16,48 g O
100 gram bileşikteki C, H, N ve O mollerini hesaplayalım.
Tüm atom sayılarının tamsayıya dönüştürülmesi için bütün sayılar 1,03'e bölünür.
bu durumda bileşiğin basit formülü C4H5N2O olur.
Örnek: Bir organik bileşiğin 36 gramının oksijenle yakılması sonucunda elde edilen CO 2 bileşiği 52,8 gram ve H2O
bileşiği 21,6 gramdır. Bileşiğin 0,5 molü 90 gram olduğuna göre, organik bileşiğin molekül formülünü bulunuz.(C =
12 g/mol, H = 1 g/mol, O = 16 g/mol)
Çözüm: Önce CO2 ve H2O'nun bileşimindeki C ve H kütlelerini bulalım bulunur.
Başlangıçtaki organik madde kütlesinden C ve H kütleleri toplamını çıkararak N kütlesini bulalım.
36 g - (14,4 g + 2,4 g) = 19,2 g O
Bulunan değerlerden yararlanarak elementlerin mol sayılarını bulalım.
52
Bu durumda tüm mol sayıları 1,2'ye bölünürse bileşiğin basit formülü CH 2O bulunur.
Bileşiğin mol kütlesini bulalım.
Bileşiğin molekül formülü aşağıdaki eşitlikle bulunur.
Basit formül kütlesi x n = Mol kütlesi
(CH2O) x n
=
180
30 x n = 180
n = 6
Bu durumda bileşiğin molekül formülü (CH2O)n
→
C6H12O6 olur.
Örnek: Bir organik bileşiğin 0,60 gramının oksijenle yakılması sonucunda elde edilen CO2 bileşiği 1,32 gram ve
H2O bileşiği 0,72 gramdır. Buna göre organik bileşiğin basit formülünü bulunuz.(C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, O = 16
g/mol)
Örnek: Bir organik bileşiğin 3,6 gramının oksijenle yakılması sonucunda elde edilen CO2 bileşiği 9,24 gram ve
H2O bileşiği 2,52 gramdır. Organik bileşiğin 0,5 molü 180 gram olduğuna göre, molekül formülünü bulunuz.(C =
12 g/mol, H = 1 g/mol, O = 16 g/mol)
Örnek: Karbon, hidrojen, oksijen ve azot elementlerinden oluşan bir organik bileşiğin analizi sonucunda kütlece %
74'ü C, %7,4'ü H, %8,6'sı N olarak bulunmuştur.Organik bileşiğin bir molü, 48 mol atom içerdiğine göre molekül
formülünü bulunuz.(C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, N = 14 g/mol, O = 16 g/mol)
Örnek: Molekül formülü C6H8O6 olan bileşiğin basit formülünü bulunuz.
Örnek: Basit formülü CHO olan organik bileşiğin mol kütlesi 116 g/mol olduğuna göre molekül formülünü bulunuz.
Örnek: Mol kütlesi 100 g/ mol olan organik bileşiğin analizinde kütlece %24 C, %3 H, %16 O, %57 F elde ediliyor.
Buna göre organik bileşiğin molekül formülünü bulunuz.( C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, O = 16 g/mol, F = 19 g/mol)
Örnek: C, H ve O elementlerinden oluşan organik bileşiğin 11,6 gramı yakıldığında 26,4 gram CO 2 ve 10,8 gram
H2O oluştuğuna göre,
a) bileşikte kaç gram oksijen vardır?
b) bileşiğin basit formülünü bulunuz.
c) bileşiğin 0,5 molü 29 gram ise molekül formülünü bulunuz. ( C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, O = 16 g/mol)
Örnek: 0,1 molü yakıldığında 17,6 gram CO2 ve 7,2 gram su oluşuyor. Buna göre bileşiğin molekül formülünü
bulunuz. ( C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, O = 16 g/mol)
53
DoymuĢ Hidrokarbonların Adları
Organik bileşiklerin sayısı çok olduğundan, bunların belirli bir düzene göre incelenmesi kolaylık sağlayacaktır. Bu
düzeni oluşturmak için en basit organik bileşikler alınarak adlandırılır ve diğer maddeler bu organik maddelerin
türevi olarak kabul edilerek adlandırılır. Doymuş hidrokarbonlar olarak aldığımız alkanlar en basit yapılı organik
maddelerdir. Yapıdaki C atomlarının tamamı 4 ayrı atomla bağlandığı için bu hidrokarbonlara doymuĢ
hidrokarbonlar da denir. Atomları arasında çoklu bağ ya da bağlar bulunduran hidrokarbonlara ise doymamıĢ
hidrokarbonlar denir. Doymuş hidrokarbonlar düz zincir yapılı alkanlar, dallanmış alkanlar ve sikloalkanlar olmak
üzere üç gruptan oluşurlar. Düz zincirli ve dallanmıĢ alkanların genel formülü CnH2n+2 , sikloalkanların genel
formülü ise CnH2n şeklindedir. 7 karbonlu düz zincirli alkanın molekül formülü C7H16 , 7 karbonlu sikloalkanın
molekül formülü ise C7H14 tür. Kimyacılar, C atomlarının tümünün düz bir zincir oluşturmasıyla oluşan alkanlara
normal alkan zinciri(düz zincirli alkanlar) demektedir.
Hidrokarbon dizilerinde her bir grup elemanı bir öncekinden metilen grubu(-CH2-) kadar farklılık gösteriyorsa,
homolog seri oluşturuyor demektir. Bir moleküller serisinde, moleküller bir C atomu ile farklılık gösteriyorlar ama
diğer özellikler bakımından benzerlikler taşıyorlarsa,homolog seri oluştururlar. Örneğin, ilk üç alkan
incelendiğinde, metan(CH3-H), etan(CH3CH2-H) ve propanın(CH3CH2CH2-H) birbirinin homologu olduğu görülür.
Kimyasal maddelerin sistematik bir biçimde adlandırılması ondokuzuncu yüzyılın sonlarında başlamıştır. Bundan
önceki adlandırmalarda maddelerin bazı özellikleri gözönüne alınarak adlandırma yapılıyordu. Örneğin formik asit
karıncaların bazı türlerinde rastlandığı için adını latincede karınca anlamına gelen formicae kelimesinden
almıştır. Kimyacılar günümüzde bile daha önceden oluşturulmuş isimleri kullanmaya devam etmektedirler. Birçok
kimyasal madde günümüzde de bu adlarla bilinirliklerini sürdürmektedirler. Genel adlandırmada madde adları
belirtilirken sayılar kullanılmaz. Sayıların kullanıldığı adlandırma sistemine sistematik adlandırma sistemi(IUPAC)
denir. Sık kullanılan bu kimyasal maddelerin geenel adları bugün bile değişmemiştir. Buna rağmen günümüzde
maddelerin sistematik adlandırmasının(IUPAC) öğrenilmesi gerekmektedir.
Sistematik adlandırmanın en önemli kuralı 'her farklı maddenin tek bir adı' nın olmasıdır. IUPAC sistemi
10 milyon civarında olduğu tahmin edilen ve her yıl binlerce yeni maddenin de bulunduğu organik maddelerin her
birine farklı bir ad verme üzerine kurulmuştur. IUPAC kuralları kullanılarak herhangi bir organik maddenin formülü
yazılabilir; ya da formülü verilen bir maddenin adı okunabilir. Kimyacılar birçok nedenle IUPAC adlandırma
sistemine uyum sağlamaktadırlar. Öncelikle, IUPAC sistemiyle heryerde maddeyi tanıyabilirler. İkinci olarak,
Kimya literatüründe maddelerin indekslenmesini daha kolay yapabilirler. Son olarak, bilgisayar sistemlerinde
literatür tarama işlemlerini daha kolay gerçekleştirebilirler.
IUPAC adlandırma sisteminde, düz zincirli alkanların adları esas alınarak adlandırma yapılır. Alkanlarda dört
karbondan fazla karbon içeren zincirlerdeki önekler yunan yada latin kökenlidir. Bu önekler met-, et-, prop-, büt-,
pent-, hekz-, hept-, okt-, non- şeklinde olur. Aşağıdaki tablo bazı düz zincirli(normal) alkanları göstermektedir.
ADI
C atomu sayısı
Yapısı
Metan
1
CH4
Etan
2
CH3CH3
Propan
3
CH3CH2CH3
Bütan
4
CH3CH2CH2CH3
Pentan
5
CH3CH2CH2CH2CH3
Hekzan
6
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
Heptan
7
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Oktan
8
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Nonan
9
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Dekan
10
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Undekan
11
CH3(CH2)9CH3
Dodekan
12
CH3(CH2)10CH3
Tridekan
13
CH3(CH2)11CH3
Tetradekan
14
CH3(CH2)12CH3
Pentakontan
50
CH3(CH2)48CH3
Hekzakontan
60
CH3(CH2)58CH3
Hektan
100
CH3(CH2)98CH3
Tablo 1.1. Bazı düz zincirli dallanmamış alkanların yapıları ve adları
54
Bir molekül formülündeki karbon atomlarının bir kısmının ya da tümünün halka yapısında bir araya gelmesiyle
oluşan, genel formülleri CnH2n olan doymuş hidrokarbonlara sikloalkanlar denir.
Yoğunlaştırılmış formül(yapı formülü)
Bağ çizgili formül(çizgi gösterimi)
Siklopentan
Siklopentan
Siklo alkanlar adlandırılırken alkan adının önüne yukarıda verilen örnekte olduğu gibi "siklo-" ön eki getirilir.
Halkalı yapı, düz zincirin iki ucundaki karbonların hidrojen kaybederek birbirine bağlanmasıyla oluşur. En küçük
üyesi üç karbonlu olan siklopropan'dır.
55
ORGANĠK BĠLEġĠKLERĠN FORMÜLLERĠ-HĠBRĠDLEġME VE
MOLEKÜL GEOMETRĠSĠ
Organik bileşiklerde temel element karbon olduğu için, organik kimyaya karbon kimyası da denir. Karbon
2
2
2
atomunun elektron dağılımı 1s 2s 2p şeklindedir. Değerlik elektron sayısı 4'tür. Periyodik cetvelin ikinci
periyodunda 4A grubundadır. Değerlik elektronlarını ortak kullanarak, aynı ya da farklı atom gruplarıyla dört tane
kovalent bağ yapar. Karbon başka C atomlarıyla tekli bağ, ikili bağ ya da üçlü bağ oluşturabilir. Aynı şekilde başka
atomlarla da bağ oluştururken bu şekilde bağlar oluşturabilir.
Organik bileşiklerin sayılarının çok olmasının nedeni karbonun çok bağ yapabilme yeteneğidir. Karbon atomları
diğer element atomlarıyla bağ yaparken, kendi aralarında da bağ yaparak uzun zincirler, halkalar şeklinde
bileşikler oluşturur.
Periyodik sistemde, C elementi çok sayıda bağ oluşturarak uzun zincirler oluştururken, periyodik sitemde C
elementine en yakın olan bor, azot, oksijen, silisyum, fosfor ve kükürt atomlarının zincir oluşturma özellikleri çok
azdır. C atomlarının çok sayıda bağ oluşturmaları ve diğer element atomlarından daha uzun zincirler
oluşturabilmeleri bağ enerjilerinin yüksek olmasından kaynaklanır. C-C bağının bağ enerjisi çok yüksektir. Başka
bir deyişle C-C bağının koparılması için gereken enerji çok yüksektir. Bu nedenle C-C bağı kararlı bir yapıdadır.
Karbon atomları birbirlerine sonsuz sayıda bağlanarak kararlı düz zincirli, dallanmış zincirli ve halkalı çok sayıda
bileşik oluşturabilir.
Periyodik cetvelde yer alan elementlerin bir kısmının elektronegativite değerleri yukarıdaki şekildeki gibidir.
Çizelgeye bakıldığında karbona en yakın olan B, Si ve P elementlerinin elektronegativite değeri, karbon atomunun
elektronegativite değerinden azdır. Bu durumda B, Si ve P element atomlarının birbirlerinin ve diğer atomları
çekme kuvvetleri, karbon atomlarının birbirlerini ve diğer atomları çekme kuvvetinden az olacaktır. Azot ve oksijen
atomlarının elektronegativite değeri ise C elementininkinden büyüktür; ama bağ yapmada kullanacakları elektron
56
sayısı daha az olduğu için ve bağ yapmayan değerlik elektronlarının da bulunması az sayıda bağ oluşturmalarına
ve az sayıda bileşik oluşturmalarına neden olur.
Lewis Formülleri
Lewis, bağ oluşumlarını inceleyebilmek için kendi adıyla anılan özel bir gösterim geliştirmiştir. Bu gösterimde
atomun değerlik elektronları, atomun simgesinin çevresine her bir elektron için bir nokta kullanılarak yerleştirilir.
Aşağıda bazı atomların elektron dağılımları ve Lewis gösterimleri yapılmıştır.
3Li
1s 2s
2
1
4Be
1s 2s
2
2
5B
1s 2s 2p
2
2
1
6C
1s 2s 2p
2
2
2
7N
1s 2s 2p
2
2
3
8O
1s 2s 2p
2
2
4
9F
1s 2s 2p
2
2
5
Lewis simgeleri kovalent moleküller için yazıldığı zaman Lewis formülü veya lewis yapısı diye adlandırılır. Lewis
formüllerinde iki elektron bir bağ oluşturur. Bağ elektron çifti(-) ile gösterilir.Aşağıda bazı bileşiklerin Lewis
gösterimleri yapılmıştır.
57
Yukarıda bağ yapısıyla gösterilmiş moleküllerde ortaklanmış(bağ yapımına katılan elektronlar) elektron çiftleri
atomlar arsındaki bağlarla gösterilmiştir. Ortaklanmamış elektron çiftleri ise yapısında yer aldığı atomun
çevresinde noktalarla gösterilmiştir. Lewis formülleri yazılırken atom sembolünün çevresine atomun değerlik
elektron sayısı kadar nokta konulur. Nokta tek ise ortaklanmamış elektron, iki tane ise ortaklanmış elektron çiftini
gösterir.
Örneğin,
vardır.
atomunda iki tane ortaklanmamış elektron, iki tanede bağ yapımına katılmayan elektron çifti
Kovalent bağ yapımında ortaklaşa kullanılan elektron çiftlerine ortaklanmış elektron çifti ya da bağlayıcı elektron
çifti denir.
Örnek:
Aşağıda kapalı formülü verilen bir maddenin Lewis formülünün yazılımı basamaklar halinde
gösterilmektedir.
Örnek:
Yukarıda yoğunlaştırılmış formülü verilen organik bileşiğin Lewis formülünü yazınız.
Yanıt:
Örnek: Aşağıda yoğunlaştırılmış formülleri verilen organik bileşiklerin Lewis formüllerini yazınız.
58
Organik moleküllerde Rezonans ve Tautomeri
Organik maddelerin birçoğu için tek Lewis formülü yazmak yeterlidir. Ancak, bazı organik bileşikler iki ya da daha
fazla Lewis formülüyle de ifade edilebilmektedir. Organik bileşikte, atomlar aynı şekilde yerleştiği halde
elektronların farklı yerleşmesi ile oluşan farklı yapıların karışımına rezonans denir. Rezonans olan moleküllerde
çoklu bağ karakteri vardır ve moleküle dağılmış durumdadır. Moleküldeki atomlarının yeri değişmeden,
elektronların yer değiştirmesiyle oluşan rezonans yapılar gösterilirken,Lewis formülleri arasına çift yönlü ok(↔)
çizilir. Molekül tek bir formülle ifade edilemez; oluşan farklı yapıların katkısıyla oluşan rezonans karışımıyla
gösterilir. Rezonans karışımının enerjisi, tek tek yapıların enerjisinden daha düşüktür; rezonans, toplam enerjiyi
azaltır ve bileşiğin daha kararlı hale gelmesini sağlar. Aşağıda benzenin(C 6H6) rezonans yapıları ve genel formülü
gösterilmiştir.
Yanda rezonans yapısı gösterilen format iyonunda, atomların
konumu aynı kaldığı halde elektron çiftleri yer değiştirmiştir.
İkili bağların farklı konumlarda yer aldığı bir başka durum daha vardır. Organik kimyada bunu açıklayan
tautomerilikte bir izomer şeklidir. Karbon atomu ile çift bağ yapabilen bir heteroatom(O, S, N gibi) üzerinde
hidrojen varsa ve de bunlar doğrudan -C=C- çift bağlı C atomlarından birine bağlı ise, C=C çift bağı karbon ile
heteroatom arasına kayarken, heteroatoma bağlı hidrojen çift bağın diğer tarafındaki C atomu üzerine geçerek
başka bir yapı oluşturur.
Yukarıda verilen örnekteki, keto-enol dönüşümünde enol formundaki yapıda yer alan hidroksil(-OH) den bir
+
proton(H ) ayrılır ve iki hidrojenin bağlı olduğu C atomuna göç eder. Karbon atomları arasındaki ikili bağ, tek bağ
haline gelirken, C atomu ile O atomu arasındaki tek bağ ikili bağ haline gelir. Keto ve enol karışımında ortamda
enol form yok denecek kadar azdır. Ortamda %100'e yakın keto formu bulunur. Aradaki oklar bunu anlatmak için
tek tarafı kısa olarak çizilmiştir. Keto formun daha kararlı olması ve fazla bulunması bağ enerjilerine bakıldığında
59
daha kolay anlaşılır. C=O bağ enerjisi 364 kJ/mol, C=C bağ enerjisi 250 kJ/mol'dür. C=O'da yer alan
kararlı olduğu için bu formlardan keto formu daha kararlıdır.
bağı daha
İkili bağ bulunan C atomuna -OH grubu bağlıysa bu bileşiklere enol adı verilir. Kararsız olan enol bileşiği -OH'taki
hidrojenin yer değiştirmesiyle keto yapısına dönüşür. Birbirine dönüşebilen enol ve keto bileşiklerinin dengede
bulunmasına tautomeri denir. Tautomerler keto ve enol formunda oldukları için buna keto enol tautomerisi denir.
Aşağıda bazı keto enol tautomeri örnekleri verilmiştir.
Örnek:
Örnek:
Yukarıda verilen örnekte enol formu, keto formuna göre daha kararlı bir yapıya sahiptir.
Örnek:
Verilen örnekte, 3-pentanon'da keto ve enol formlarının dengede
olduklarını gösteren ok işaretleri her iki yöne dünüşümünde aynı
olduğunu göstermektedir.
HibridleĢme ve Molekül Geometrisi
Kovalent bağlar, son yörüngelerinde zıt spinli birer elektron taşıyan iki atom
arasında oluşur. Yandaki C atomunun elektronlarının enerji seviyelerindeki
orbitallere dağılımı görülmektedir. Elektron dağılımına bakıldığında C atomunun en
dış enerji seviyesindeki 2p orbitallerine iki tane ortaklanmamış elektron olduğu
görülür. Karbon atomu bu durumda(temel hal) dört bağ yapamaz. C atomu temel
haldeyken, enerji verilerek uyarılırsa 2s orbitallerinde ortaklanmış olarak bulunan
elektronlardan birisi 2p orbitallerinden boş olanına yerleşir. Bu durumda C atomunun ortaklanmamış elektron
sayısı dört olur. C atomu bu değişikliği kendi başına iken yapmaz, başka atomlarla bağ yaparken gerçekleştirir.
C atomu tek başına iken gerçekleşmeyen bu olay C
atomunun başka atomlarla bağ oluşturması sırasında
gerçekleşir. Bu değişimle ilgili buluşu yapan bilim
insanı Linus Pauling'dir. 1931 yılında, yaptığı
çalışmalarda metan gazındaki karbon atomunun
elektron dağılımının, serbest haldeki C atomunun
elektron dağılımından farklı olduğunu göstermiştir.
Pauling, bir tane 2s ve 3 tane 2p orbitalinin oluşan bir
değişimle 4 yeni birbirine benzer orbital gibi
davrandıklarını matematiksel olarak bulmuştur. Metan
gazının yapısında yer alan bu dört orbitale
hibridleşmiş atomik orbitaller adı verilmiştir. Hibrid
orbitaller merkez atomun orbitallerinin birbirlerine
60
karışması sonucu oluşur. Farklı enerjileri olan atom orbitallerinin etkileşerek aynı enerjiye sahip özdeş orbitallere
dönüşmesine hibridleşme denir. C atomunda bir s ve üç p orbitalinin yeniden düzenlenmesiyle oluşmuş yeni dört
3
orbitale de sp orbitalleri denir.
Yanda metan gazı oluşumu olayı şematize
edilmiştir. Normalde metan gazı oluşurken s
ve p orbitalleri birbirinden farklı olduğundan
bağlarında farklı uzunlukta ve özellikte
olması beklenir; ancak yapılan ölçümler bağ
yapımını katılan 4 orbitalin de özdeş
olduğunu göstermektedir. Bunun nedeni
bileşik oluşumu sırasında karbon atomunun
orbitallerinde
gerçekleşen
hibridleşme
olayıdır. Bu durumda bağ yapımına katılan
3
orbitaller hibridleşmiş sp orbitalleridir.
Eten(etilen) molekülünün Lewis formülünde merkez atomu olan C'un çevresinde üç doğrultu vardır. Bunlar bir
tane yarım dolu s orbitali ile iki tane yarım dolu p orbitalinden oluşan orbitallerle
2
oluşur. Merkez atomu bu durumda sp hibridleşmesi yapmış olur. Bu durumda C
2
atomunda bağ yapımına üç tane sp orbitali ile bir tane p orbitali katılmış olur. C
2
atomları arasındaki bağlardan biri sp orbitalleri arasında olurken, diğeri p orbitalleri
arasında olur.
İki atom orbitalinin ya da hibrid orbitalinin
bağ ekseni doğrultusunda uç uca
örtüşmesiyle oluşan bağ tipine sigma( )
bağı denir. Bağ eksenine dik atomik p-p
orbitallerinin yan yana örtüşmesiyle oluşan
bağa pi( ) bağı denir. İki atom arasında
oluşan bağ sayısı bir ise bağın adı sigma,
iki atom arasında oluşan bağ sayısı birden
fazla ise bağlardan biri sigma diğerleri pi
bağı olur.
bağı,
bağından daha
kuvvetlidir.
bağı oluşmadan
bağı
oluşmaz. İki atom arasında sadece bir
tane
bağı oluşabilir.
bağı,
ortaklanmamış
elektron
çiftleriyle
molekülün geometrisini belirlerken,
bağları sadece bağ uzunluğunu kısaltır.
61
Yan da formülü verilmiş olan etin(asetilen molekülünde merkez atomu olan C'un
çevresinde iki doğrultu vardır. Bu doğrultudaki iki orbitaller bir tane s ve bir tane p
orbitalinin hibridleşmesi sonucunda oluşan sp orbitalleridir. Merkez atomunun bu
durumda hibridleşme türü sp'dir. Hibridleşmeye katılmayan her iki karbondaki p
orbitalleri, C atomları arasındaki üçlü bağdan ikisini oluşturur. p orbitallerinin
oluşturduğu bağlar
bağlarıdır.
62
C atomunun hibridleşme türü için bağ çeşitlerine bakarak karar verebiliriz.
3
C atomu 4 sigma bağı yapmışsa sp hibridleşmesi, 3 sigma bağı yapmışsa
2
sp hibridleşmesi, 2 sigma bağı yaparsa sp hibridleşmesi yapmıştır.
Örnek:
Yukarıda verilen organik madde örneğindeki C atomlarının hibridleşme türlerini bulunuz.
Yanıt:
63
Örnek:
Yanda formülleri verilen organik
bileşiklerdeki C atomlarının
hibridleşme türlerini bulunuz.
Örnek:
Yanda verilen organik bileşiklerdeki C atomlarının hibridleşme
türlerini bulunuz.
MOLEKÜL GEOMETRĠSĠ-VSEPR Teorisi
Küçük moleküllü bir bileşiğin geometrisini ortaya çıkarabilmek ve bir tahminde bulunmak için Değerlik Katmanı
Elektron Çifti İtme Teorisi(VSEPR Teorisi)'nden yararlanılır. Bunun için merkez atomunun sigma bağ sayısının ve
bağ yapmamış elektron çifti sayısının bulunması gerekir. Sigma bağ sayısı ile bağ yapmamış elektron çifti
sayısının toplamına sterik sayı adı verilir. Aşağıda üç maddenin sterik sayısının bulunması işlemleri gösterilmiştir.
( )
( )
( )
__________________________________________________________________________________________
Sterik sayı = 4
Sterik sayı = 4
Sterik sayı = 4
Sterik sayı, birbirini iten toplam elektron çiftlerinin(bağ yapan ve yapmayan tüm çiftler) sayısını verir. Elektron
çiftleri birbirini ittiğinde üç boyutlu uzayda birbirilerinden en uzak olacak bölgelere yerleşecek şekilde
düzenlenirler. Sonuçta, merkez atomunun geometrisi sterik sayı kullanılarak bulunmuş olur. Şimdi yukarıda sterik
sayılarını hesapladığımız bileşiklerin geometrilerin inceleyelim.
3
Metan(CH4) bileşiğinde sterik sayı 4'tür. CH4 bileşiğinde C atomunun 4 sp orbitali, 4
tane H atomunun 1s orbitali ile örtüşerek dört tane kovalent bağ yapar. Bağ yapımına
katılan elektron çiftleri birbirini iter ve hidrojen atomları birbirlerine en uzak konumda
64
olacak şekilde bir düzgün dörtyüzlü(tetrahedral) yapının köşelerine yerleşir. H atomları arasındaki bağ açıları
o
109,5 olur.
3
Amonyak(NH3) molekülünde sterik sayı 4'tür. sp hibridleşmesi yapmış azot atomunun çevresinde bağ yapımına
katılan üç tane ortaklanmış elektron çifti ve bir tane de bağ yapımına katılmayan elektron çifti vardır. Bağ
yapımına katılmayan elektron çifti, bağ yapımına katılan elektron çiftlerini iterek kendisinden en uzak kalacakları
o
noktaya itmeye çalışır. Bu durumda düzgün dörtyüzlü yapıdaki 109,5 'lik açı küçülür. Bağ yapımına katılmayan
elektron çiftinden dolayı molekülün geometrik yapısı düzgün dörtyüzlü değil, üçgen piramit şeklinde olur.Elektron
o
çiftleri arasındaki açı da 107,3 olur.
3
Su(H2O) molekülünde sterik sayı 4'tür. Oksijen oluşturduğu sp hibrid orbitalleri ile hidrojenin 1s orbitalleri
örtüşerek iki tane sigma bağı oluşturur. Bunun iki tanesi H elektronlarıyla bağ oluşturacak, kalan iki bağ yapımına
katılmayan elektron çifti ise bağlardaki elektronları iterek kendilerinden uzakta tutmaya çalışır. Bu durumda bağ
o
yapımında bulunan elektron çiftleri arasındaki açı biraz daha küçülür ve 104,5 olur. Molekülün geometrik yapısı
düzgün dörtüzlüden kırık doğru şeklinde bir yapıya değişir.
VSEPR gösteriminde A merkez atomunu, X merkez atomuna bağlı atom ya da atom gruplarını E'de bağ yapımına
katılmayan elektron çiftlerini gösterirse;
AX4 gösterimi, CH4, CCl4, ve SiF4 gibi molekülleri,
AX3E gösterimi, NH3 ve benzeri molekülleri
AX2E2 gösterimi, H2O ve benzeri molekülleri gösterir.
2
sp hibridleĢmesiyle oluĢan molekül geometrisi
2
Küçük moleküllü bir bileşikteki sterik sayı 3 ise merkez atomu sp hibridleşmesi yapıyor demektir. Atom numarası
5 olan bor element atomunun 9F ile oluşturduğu BF3 molekülünü inceleyelim. Bor'un, her biri bir bağ yapacak 3
tane değerlik elektronu vardır. B F ile molekül oluştururken üç bağ oluşturacak ve üzerinde bağ yapmayan
elektron çifti olmayacağından sterik sayısı 3 olur. Bor üç bağ oluşturacağı için dört değil üç orbitale ihtiyacı olacak;
2
2
bu nedenle sp hibridleşmesi yapacaktır. sp hibrid orbitallerinin birbirinden en uzak olacakları şekilde
65
o
yerleşebilmeleri gerektiği için düzlemsel üçgen bir yapıda yerleşecekler ve aralarındaki açılar 120 olacaktır.
Molekül şekline düzlemsel denmesinin nedeni moleküldeki tüm atomların aynı düzlemde bulunması, üçgen
denmesinin nedeni ise bor atomunun üç farklı atomla bağ yapmasıdır.
sp hibridleĢmesiyle oluĢan molekül geometrisi
Küçük bir bileşik molekülündeki merkez atomunun sterik sayısı 2 ise, merkez atomu sp hibridleşmesi yapıyor
demektir. 4Be ile 1H atomlarının oluşturduğu BeH2 molekülünde berilyum'un değerlik elektron sayısı 2 olduğu için ,
her elektron bir bağ oluşumunda kullanılacaktır. Bu nedenle berilyum kullanacağı iki orbitali için sp hibridleşmesi
yapacaktır. Bağ oluşumu sonucunda berilyum atomunun bağ yapmayan elektronları da olmadığı için sp
hibridleşmesi yapmış orbitallerin birbirinden en uzakta bulunacakları şekilde yerleşmeleri gerektiği için,
o
aralarındaki açı 180 olacaktır. Oluşan molekülün geometrisi doğrusal olacaktır.
sp hibridleşmesine bir başka örnek olarak CO2 molekülü verilebilir. CO2 molekülünde
merkez atomu olan C'nin sigma bağ sayısı 2 ve bağ yapmayan elektronu da
bulunmadığı için sterik sayısı 2'dir. Bu durumda merkezdeki C atomu sp hibridleşmesi
yaparak molekülü oluşturacak ve molekül geometrisi de doğrusal olacaktır.
3
2
sp , sp ve sp hibridleşmeleri ile oluşan moleküllerde ortaya çıkan geometriler aşağıdaki gibi özetlenebilir.
66
Örnek: Aşağıda molekül yapısı gösterilen bileşiğin H hariç, tüm atomlarının molekül geometrisini açıklayınız.
Yanıt:
67
ORGANİK MADDELERİN ADLANDIRILMASI
Organik kimya karbon atomlarının kimyasıdır; ancak organik maddelerden bazıları karbon atomlarının yanında başka
atomlarda içerirler. Organik maddelerin içerdiği bu farklı atomlar, organik maddenin fiziksel ve kimyasal özelliklerini de
belirler. Organik maddelerde bulunan karbon ve hidrojen atomları haricindeki böyle atomlara kimyacılar hetero atomlar
adını vermektedirler. Bu atomların oluşturduğu gruplara da fonksiyonel gruplar denir. Burada organik maddelerin
adlandırılması ile ilgili kurallar açıklanacaktır.
Organik bileşikler içerdikleri fonksiyonel gruplara göre sınıflandırılmaktadır. Aynı sınıfa giren organik maddeler benzer
fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olmaktadırlar. Organik maddelerin adları içerdikleri fonksiyonel gruba göre
oluşturulmaktadır.
1.1 ORGANİK MADDELERİN YAPISI
Moleküller gerçekte 3 boyutlu yapıdadırlar. Moleküllerin bu yapıları onların fiziksel özellilerinin belirlenmesinde ve başka bir
molekülle etkileşimlerinde önemli rol oynamaktadır. Moleküller gözle görülemeyecek kadar küçük yapılıdırlar. Kimyacılar
böylesine küçük maddeleri molekül modelleriyle sembolize etmektedirler. Bu modellerden birisi de iki boyutlu yapısal
formül modelidir. İki boyutlu yapısal formül modelinde maddelerin bütün atomları ve atomlar arasındaki bağlar sayfa
düzlemi üzerinde gösterilmektedir. Aşağıda heptan molekülünün iki boyutlu yapısal formülü görülmektedir.
Hidrokarbonlar bütün organik maddelerin iskeletini oluştururlar. Hidrokarbonlar C ve H atomlarından oluşurlar. Bir
hidrokarbonda her bir karbon atomu dört bağ yapar. Bu bağlar, bir karbon ve hidrojen atomu arasında tek, bir karbon
atomuyla diğer karbon atomları arasında tek ya da çok(en fazla üç) sayıda bağdan oluşur. Çok sayıda atom içeren
moleküllerde ya da kompleks yapılarda atomlar arasındaki bağları teker teker göstermek çok fazla zaman alacaktır. Bu
nedenle böyle moleküllerin yazımında yoğunlaştırılmış yapısal formül yazılır.
Karbon atomları arasındaki bağların da gösterilmemesi durumunda formül aşağıdaki şekle dönüştürülür.
Yukarıdaki formülde heptanın yapısında yer alan -CH2-(metilen) grubu beş kez tekrarlanmaktadır. Bu tekrarlar organik
maddelerin çoğunda bulunmaktadır. Bu nedenle, heptanın formülü aşağıdaki biçimde de yazılabilir.
Bağ çizgileri yapı formülü pek çok organik kimyacının organik moleküllerin gösterimi için kullandığı bir formüldür. Bu
yapıları çizmek oldukça kolaydır. Böylece organik maddenin iskelet yapısı yalnızca bağlarla ifade edilmiş olur. Bağ çizgileri ile
gösterilen molekül formülünde uç kısımlarda ve çizgilerin kesşme noktalarında karbon atomları yer almaktadır. C-H bağları
formülde gösterilmemektedir. Bağ çizgileri ile oluşturulmuş yapı formülünde H ve C bağ sayıları baz alınarak moleküldeki H
ve C atomları sayısı belirlenir. Heptan molekülünün bağ çizgili molekül formülü aşağıdaki gibidir.
68
Hidrokarbonların tümü düz zincirli değildir. Hidrokarbonların halkalı yapıda olanları da vardır. Bunlar için de aynı yapısal
formül kuralları kullanılır. Ancak iki boyutlu yapısal formülde atomların ve bağların tümünün açık bir şekilde gösterilmesi
karışıklığa yol açabilmektedir. Aşağıdaki örnekte metil siklopentan bileşiğinin iki boyutlu yapısal formülü görülmektedir.
Aynı bileşiğin yoğunlaştırılmış yapı formülü ve bağ yapılı formülü aşağıdaki gibidir.
Genelde, kimya anlatımlarında yoğunlaştırılmış yapı formülü ve bağ çizgili yapı formülü biraraya getirilerek oluşturulmuş
formüller, belirli özellikleri daha kolay açıklayabilmek için kullanımda daha ön plandadırlar.
Örnek: Aşağıda yoğunlaştırılmış yapı formülü verilen bileşiklerin bağ çizgili yapı formüllerini yazınız.
Aşağıda bağ çizgili yapı formülü verilen moleküllerin yoğunlaştırılmış formüllerini yazınız.
69
1.2 ALKANLAR
3
Alkanlar en basit yapılı organik maddelerdir. Alkanlarda karbon atomlarının tümü sp hibritleşmesi yapmıştır. Her
karbon atomu 4 ayrı atomla düzgün dörtyüzlü bir yapı oluşturur. Yapıdaki C atomlarının tamamı 4 ayrı atomla bağlandığı için
bu hidrokarbonlara doymuş hidrokarbonlar da denir. Aşağıdaki maddelerden yalnızca etan doymuş hidrokarbondur.
Atomları arasında çoklu bağ ya da bağlar bulunduran hidrokarbonlara ise doymamış hidrokarbonlar denir. Yukarıdaki
örnekte görüldüğü gibi yapısında
bağı bulunduran etilen(eten) ve asetilen(etin) doymamış hidrokarbon, benzen ise
aromatik hidrokarbondur.
Doymuş hidrokarbonlar alkanlar ve sikloalkanlar olmak üzere iki gruptan oluşurlar. Alkanların genel formülü C nH2n+2 ,
sikloalkanların genel formülü ise CnH2n şeklindedir. 7 karbonlu alkanın molekül formülü C7H16 , 7 karbonlu sikloalkanın
70
molekül formülü ise C7H14 tür. Kimyacılar, C atomlarının tümünün düz bir zincir oluşturmasıyla oluşan alkanlara normal
alkan zinciri demektedir.
Hidrokarbon dizilerinde her bir grup elemanı bir öncekinden metilen grubu(-CH2-) kadar farklılık gösteriyorsa, homolog seri
oluşturuyor demektir. Bir moleküller serisinde, moleküller bir C atomu ile farklılık gösteriyorlar ama diğer özellikler
bakımından benzerlikler taşıyorlarsa,homolog seri oluştururlar. Örneğin, ilk üç alkan incelendiğinde, metan(CH 3-H),
etan(CH3CH2-H) ve propanın(CH3CH2CH2-H) birbirinin homologu olduğu görülür.
1.3 Yapısal İzomeri
Alkanlar atomlar arasındaki bağlar nedeniyle, üç karbonlu olanı da dahil olmak üzere
düz zincirli bir dizilim
gösterirler. Dağılımı başka bir dizilişle gösterebilmek mümkün değildir. Üç karbondan fazla karbon içeren alkanlarda ise
birden fazla molekül yapısı çizebilmek mümkündür.
Örneğin, C4H10 molekül formülüne sahip iki farklı dizilim yazılabilir.
Aynı molekül formülüne, farklı molekül yapısına sahip olan maddelere izomer maddeler denir. İzomer maddeler,
stereoizomerler ve yapı izomerleri olarak iki grupta incelenirler. Stereoizomer maddelerin üç boyutlu yapıları birbirinden
farklıdır. Yapı izomerlerinde ise bağ dizilimleri farklıdır. Burada yapı izomerleri incelenecektir.
Formül
İzomer Sayısı
C5H12
3
C6H14
5
C7H16
9
C8H18
18
C9H20
35
C10H22
75
C15H32
4.347
C20H42
366.319
C30H62
4.111.846.763
Tablo. Alkanların bazılarının yapı izomeri sayısı
Yapı izomerleri aynı atomlardan oluşmasına rağmen, molekül içerisinde atomlar arasındaki bağ dizilimlerinin farklı olması
nedeniyle birbirlerinden ayrılırlar. C4H10 molekül formülüne sahip olan izomer maddeler aslında birbirinden farklı özelliklere
sahip olan maddelerdir. İzomer maddeler yalnızca bağ dizilimleriyle değil, farklı fiziksel özellikleriyle de birbirlerinden
0
ayrılırlar. Örneğin CH3CH2CH2CH3 maddesinin normal kaynama noktası -0.6 C iken, CH(CH3)3 maddesinin normal kaynama
0
noktası -10.2 C dir. Molekül formülündeki C atomları sayısı arttıkça, aynı formüle sahip izomer madde sayısı da artmaktadır.
C5H12 molekül formülüne sahip izomer sayısı 3, C6H14 molekül formülüne sahip izomer sayısı 5, C10H22 molekül formülüne
sahip izomer sayısı 75, C20H42 molekül formülüne sahip izomer sayısı 300000, C40H82 molekül formülüne sahip izomer sayısı
13
6,35x10 tür.
1.4 IUPAC ADLANDIRMASI
Kimyasal maddelerin sistematik bir biçimde adlandırılması ondokuzuncu yüzyılın sonlarında başlamıştır. Bundan önceki
adlandırmalarda maddelerin bazı özellikleri gözönüne alınarak adlandırma yapılıyordu. Örneğin formik asit karıncaların bazı
türlerinde rastlandığı için adını latincede karınca anlamına gelen formicae kelimesinden almıştır. Kimyacılar günümüzde bile
daha önceden oluşturulmuş isimleri kullanmaya devam etmektedirler. Birçok kimyasal madde günümüzde de bu adlarla
bilinirliklerini sürdürmektedirler. Genel adlandırmada madde adları belirtilirken sayılar kullanılmaz. Sayıların kullanıldığı
adlandırma sistemine sistematik adlandırma sistemi(IUPAC) denir. Sık kullanılan bu kimyasal maddelerin geenel adları
bugün bile değişmemiştir. Buna rağmen günümüzde maddelerin sistematik adlandırmasının(IUPAC) öğrenilmesi
gerekmektedir.
71
Sistematik adlandırmanın en önemli kuralı 'her farklı maddenin tek bir adı' nın olmasıdır. IUPAC sistemi 10 milyon
civarında olduğu tahmin edilen ve her yıl binlerce yeni maddenin de bulunduğu organik maddelerin her birine farklı bir ad
verme üzerine kurulmuştur. IUPAC kuralları kullanılarak herhangi bir organik maddenin formülü yazılabilir; ya da formülü
verilen bir maddenin adı okunabilir. Kimyacılar birçok nedenle IUPAC adlandırma sistemine uyum sağlamaktadırlar.
Öncelikle, IUPAC sistemiyle heryerde maddeyi tanıyabilirler. İkinci olarak, Kimya literatüründe maddelerin indekslenmesini
daha kolay yapabilirler. Son olarak, bilgisayar sistemlerinde literatür tarama işlemlerini daha kolay gerçekleştirebilirler.
1.5 ALKANLARIN ADLANDIRILMASI
Alkanların düz zincirli olanları için IUPAC adlandırma kuralları aşağıdaki gibidir:
1. Basamak : Zinciri oluşturan bileşiğin karbon sayısı bulunarak bu sayının öneki yazılır. 8 karbon için önek okt- olur.
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
2. Basamak : Önekin sonuna -an eki getirilir. Yani yukarıda yazılan bileşiğin IUPAC adı oktan olur.
Alkanlarda dört karbondan fazla karbon içeren zincirlerdeki önekler yunan yada latin kökenlidir. Bu önekler met-, et-, prop-,
büt-, pent-, hekz-, hept-, okt-, non- şeklinde olur. Aşağıdaki tablo bazı düz zincirli(normal) alkanları göstermektedir.
ADI
C atomu sayısı
Yapısı
Metan
1
CH4
Etan
2
CH3CH3
Propan
3
CH3CH2CH3
Bütan
4
CH3CH2CH2CH3
Pentan
5
CH3CH2CH2CH2CH3
Hekzan
6
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
Heptan
7
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Oktan
8
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Nonan
9
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Dekan
10
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Undekan
11
CH3(CH2)9CH3
Dodekan
12
CH3(CH2)10CH3
Tridekan
13
CH3(CH2)11CH3
Tetradekan
14
CH3(CH2)12CH3
Pentakontan
50
CH3(CH2)48CH3
Hekzakontan
60
CH3(CH2)58CH3
Hektan
100
CH3(CH2)98CH3
Tablo 1.1. Bazı düz zincirli dallanmamış alkanların yapıları ve adları
Alkanların tümü düz zincirli yapıda değildir. Birçoğu dallanmış yapıdadır. Dallanma yapmış olan alkanlar incelendiğinde,
birçok alkan için farklı dizilişlerin ya da farklı molekül yapılarının olduğu görülür. IUPAC sistemi farklı dallanmalar oluşturan
alkanları adlandırırken aşağıdaki kuralları uygular:
Basamak 1 : Süreklilik gösterecek şekilde en uzun karbon zinciri seçilir. Bu zincir bileşiğin temel adını belirler. Aşağıdaki
örnekte verilen bileşikte en uzun karbon zinciri 4 karbondan oluşmaktadır. Kutuya alınmış kısım en uzun karbon zincirini
göstermektedir. Ana yapıya bağlı karbon ve hidrojenden oluşan gruba dal denir.
En uzun karbon zincirini bulmak her zaman verilen örnekteki gibi kolay olmayabilir. Aşağıda verilen örnekte en uzun karbon
zinciri 6 karbondan oluşmaktadır. Bu nedenle yapının ana adı hekzandır. Zincirdeki karbon atomları sayılırken dikkatli
olunmalıdır.
72
Basamak 2 : Zincirdeki karbon atomlarının numaralandırılması yapılır. Numaralar verilirken dallanmanın yakın olduğu uçtaki
karbon atomuna en küçük numara verilir.
Yanlış
Doğru
Örnek:
Doğru
Yanlış
Basamak 3 : Karbon atomlarına verilen numaralar kullanılarak alki grubu adı verdiğimiz dalın yeri belirlenir.
Hidrokarbonlarda karbon atomlarına bağlı hidrojenlerden biri ayrılırsa kalan kısma radikal denir.Doymuş hidrokarbonlarda,
karbon atomuna bağlı hidrojenlerden bir tanesinin ayrılmasıyla oluşan alkil grubu, alkan molekülünün uç
karbonlarından(dallanmamış olanlarda) birinden bir hidrojen koparılmasıyla oluşturulan gruptur. Alkil grubunu adlandırırken
alkandaki -an eki yerine -il eki getirilir. Örneğin, CH4 molekülünden(metan) bir H koparıldığında CH3- (metil) grubu elde
edilir. Aynı kuralı doymamış hidrokarbonlara uyguladığımızda, alkenil, alkinlere uyguladığımızda alkinil, aromatik
hidrokarbonlara uyguladığımızda aril grupları oluşur. Alkil grupları kendi aralarında bağ yaparlarsa alkanlar, alkil grubu ile
aril grubu biraraya gelirse arenler, alkil grubuyla alkenil grubu biraraya gelirse alkenler, alkil grubuyla alkinil grubu biraraya
gelirse alkinler oluşur.
Tablo 1.2. dallanmamış alkanlardan elde edilen birkaç alkil grubunu göstermektedir.
Alkan
Adı
Alkil grubu
CH3-H
Metan
CH3CH3CH2-H
Etan
CH3CH2CH3CH2CH2-H
Propan
CH3CH2CH2CH3CH2CH2CH2-H
Bütan
CH3CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH2-H
Pentan
CH3CH2CH2CH2CH2Tablo 1.2. Alkil gruplarının adlandırılması
Adı
Metil
Etil
Propil
Bütil
Pentil
Basamak 4 : Şu ana kadar yapılan işlemlerle organik maddenin adı parça parça da olsa oluşturulmuştur. Bundan sonraki
işlemde parçaların birleştirilmesiyle maddenin adına ulaşılmış olur.
a. Yukarıdaki örnekte, dal yapmış karbon atomuna verilen numara yazılır. Burada dallanma uzun zincirdeki 2
numaralı karbonda olmuştur.(2)
b. Numaradan sonra kısa çizgi(tire) kullanılır.(2-)
c. Kısa çizgiden sonra alkil grubunun adı yazılır.(2-metil)
73
d. alkil grubunun adından sonra ana zinciri oluşturan maddenin adı yazılır.(2-metilbütan)
Bir hidrokarbonun adlandırılmasında iki ya da daha fazla alkil grubu bulunduranlar aşağıdaki basamaklardaki gibi adlandırılır.
Basamak 5 : Birden fazla dallanmanın olduğu maddelerde şu sıra izlenir:
a. Ana zincirdeki C atomları numaralandırılırken her dalın numara verilen karbonlardan birine bağlı olmasına dikkat
edilir. Dallanma yapmış olan parçalar, başharfleri alfabetik olacak şekilde gruplandırılır. C atomlarına verilen
numaralarda dallanma yapan grupların alacakları numaraların küçük olmasına dikkat edilir(kullanılan sayılar
minimum, yazılan adlar alfabetik). Bir bileşik hem etil hem de metil grubu içeriyorsa, adlandırmada etil grubu
öncelikli yazılır. Adlandırmadaki genel yapı olan sayı-alkil-sayı-alkilalkan yapılanması dikkate alınarak, alttaki
bileşik adlandırıldığında, adı 4-etil-2-metilhekzan olur.
b. Dallanma yapmış iki alkil grubu aynı C atomuna bağlı ise, bu C atomundaki numara iki kez kullanılır. Altta verilen
örnektaki bileşiğin adı 3-etil-3-metilhekzan olur.
c. Dallanma yapmış alkil grupları birbirinin aynısıysa, bunlardan kaç tane olduğunu belirtmek için, alkil grubunun
önüne di-, tri-, tetra-, penta-, gibi ek getirilir. Aynı zamanda, bu alkil gruplarının numaraları peşpeşe yazılırken
aralarına virgül konulur. Adlandırmadaki bu yapılanma genel olarak sayı,sayı-dialkilalkan ya da sayı,sayı,sayıtrialkilalkan şeklinde gösterilir. Bileşikler adlandırılırken alkilin önüne gelen di-,tri-, tetra- gibi önekler dikkate
alınmaz. Aşağıdaki bileşikler bu kurallara uyularak adlandırıldığında, sırasıyla, 2,2-dimetilbütan, 2,2,3-trimetilbütan
ve 2,2,3,3-tetrametilbütan olur.
Basamak 6 : Bir maddede en uzun karbon zinciri seçilirken birden fazla alternatif zincir seçimi yapılabiliyorsa, minimum
sayıların kullanıldığı C zinciri ya da basit alkil gruplarının dal yaptığı zincir ana zincir olarak seçilir. Basit alkil gruplarının
dallanma yaptığı zincir seçildiğinde alkil grubu sayısı diğer seçime göre daha fazla çıkabilir. Örneğin, aşağıda verilen örnekte
iki zincirde aynı sayıda C içermesine rağmen, alttaki seçimde daha fazla dallanmış ama daha basit alkil gruplarıyla isim
oluşturulabildiği için, alttaki zincirdeki bir seçimle adlandırma yapılır.
74
Örnek: Aşağıdaki ana zincir seçimlerinden hangisi doğru olur?
(yanıt b)
Örnek: Aşağıda verilen örnekte ana zincir 7 karbonludur. Dallanmalar incelendiğinde daha çok dallanmanın olduğu birinci
yazım(a) doğru adlandırma için kullanılması gereken zincirdir.
Örnek: Aşağıdaki ana zincir seçimlerinden hangisi doğru olur?
Soru: Aşağıda verilen hidrokarbon bileşiklerinde ana zinciri belirleyiniz.
Örnek: Aşağıdaki hidrokarbon bileşiklerinden hangi ikisinin ana zincirinde yer alan karbon sayıları eşittir?
75
Basamak 7 : Dallanmaların olduğu uzun zincirli maddelerde, dallanma her iki uca da eşit uzaklıkta oluyorsa, bu durumda ilk
farklılaşma noktası en küçük sayı olacak şekilde adlandırma yapılır. Aşağıdaki örnek incelendiğinde dallanmanın her iki uca
da eşit uzaklıkta başladığı görülür. Bundan sonraki numaralar kontrol edildiğinde ilk farklılaşmanın olduğu sayıda minimum
sayının bulunduğu yapı doğru adlandırma olarak seçilir.
İlk metil grupları her iki uçtan da numaralandırma başladığında 3. karbona bağlıdır. Bundan sonraki numara soldan
gelindiğinde 5, sağdan gelindiğinde 4 olur. İşte ilk farklılaşma noktası dediğimiz bu noktada, daha küçük sayı olan 4 için
zincirin hangi tarafından başlanılmış ise doğru adlandırma da bu numaralandırmayla yapılmış olur. Yukarıda verilen
maddenin adı bu nedenle 3,5,6-trimetil-4-propiloktan değil, 3,4,6-trimetil-5-propiloktan olur. Aşağıda verilen bir başka
örnekte de, bileşiğin adı 2,4,5-trimetilhekzan değil, 2,3,5-trimetilhekzan olur. Adlandırmada bileşiğin adını tek bir kelime
olarak yazınız.
Yukarıda verilen kurallar bağ çizgili formüller için de geçerlidir.Örneğin aşağıda verilen bileşikte en uzun C zinciri 9
karbondan oluşmaktadır. Adlandırmayı daha kolay yapabilmek için uzun zincir düzleştirilerek çizim bir kez daha yapılabilir.
76
Örnek:
Örnekler:
Soru 1. Aşağıda bağ çizgili molekül yapısı verilen maddelerin sistematik adlandırmadaki(IUPAC) adını bulunuz.
Soru . Aşağıda yapı formülü verilen maddelerin bağ çizgili yapılarını yazınız.
77
Soru 2. Aşağıda IUPAC adları verilen bileşiklerin yapı formüllerini ve bağ çizgili yapılarını yazınız.
a. 2,3-dimetilhekzan
b. 2,2-dimetil-4-propiloktan
d. 5-etil-2-metiloktan
e. 2,3,3,4-tetrametilheptan
c. 4,4-dietildekan
Soru 3. Aşağıda yapı formülleri verilen maddelerin sistematik adlandırmadaki(IUPAC) adlarını yazınız.
1.6 SİKLOALKANLARIN ADLANDIRILMASI
Bir molekül formülündeki karbon atomlarının bir kısmının ya da tümünün halka yapısında bir araya gelmesiyle oluşan, genel
formülleri CnH2n olan doymuş hidrokarbonlara sikloalkanlar denir.
Sikloalkan bileşiklerinin adlandırılması aşağıdaki gibi yapılır:
Basamak 1 : Bir halkada yer alan C atomları sayısı belirlenerek ana madde belirlenir.
Basamak 2 : Halka adının yanına aynı karbon sayılı alkanın adı yerleştirilerek adlandırma yapılır.
78
Basamak 3 : Halkaya bağlı dallanma yapmış alkil grubu varsa alkil grubunun adı belirlenir.
Basamak 4 : Alkil grubunun ya da gruplarının halkadaki yeri ya da yerleri belirlenir.
a. Halkada tek alkil grubunun bulunduğu sikloalkanlarda alkil grubunun bağlı olduğu C atomunun numarasının
adlandırmada kullanılmasına gerek yoktur. Bu durumda, halkaya bağlı alkil grubu hangi C atomuna bağlı olursa
olsun, bağlantı numarası 1 olacaktır.
b. Halkaya bağlı olan alkil grubu sayısı birden fazla olursa, halkada bağlanılan karbonların numaralarının toplamı
minimum değerde olmalıdır. Halkaya iki grup bağlıysa, alfabetik sıralamada önce gelen alkil grubunun bağlı olduğu
halkadaki karbona 1 numaralı karbon denir. İkinci dallanma yapmış gruba gidecek en kısa yol belirlenerek ikinci
alkil grubunun hangi C atomuna bağlı olduğu bulunur. Dallanma yapmış grup sayısı üç ya da daha fazla olursa,
sayıların toplamının minimum olduğu adlandırma tercih edilir. Örneğin, aşağıdaki bileşik 1-etil-6-metilsiklohekzan
olarak değil, 1-etil-2-metilsiklohekzan olarak adlandırılır.
c. Halka numaralandırılırken her yönden elde edilen sayılar toplamı eşit çıkıyorsa, ikinci dallanmış grubun alfabetik
sıralamada önde olmasına dikkat edilir. Örneğin, aşağıdaki bileşik 1-etil-3-propil-5-metilsiklohekzan olarak değil, 1etil-3-metil-5-propilsiklohekzan olarak adlandırılır.
Örnek:
79
Basamak 5 : Bir hidrokarbonda alkan yapısını oluşturan zincir karmaşık ya da halkadaki C atomları sayısından daha fazla C
atomu içeriyorsa, halkayı bu zincirde dallanmış bir yapı olarak alınıp, adlandırma düz zincir yapılı alkan molekülüne göre
yapılabilir.Aşağıda buna uygun örnek bir adlandırma yapılmıştır.
Basamak 6 : Bir halkalı yapı başka bir halkalı yapıya bağlı olduğunda, ana yapı olarak büyük halka seçilir. Daha önce anlatılan
kurallar uygulanarak maddenin adlandırması yapılır.
Halkalı yapıya bağlı dal sayısı birden fazla ise ve bu dallardan biri sikloalkil grubu ise adlandırmada dalların alfabetik
sıralamasında siklo-(cyclo- c harfi) dikkate alınır.
80
Soru. Aşağıdaki bileşiklerin sistematlk adlandırmadaki(IUPAC) adlarını yazınız.
1.7. Kompleks Alkil Gruplarının Adlandırılması
Çok sayıda C atomu içeren alkil gruplarında karmaşıklık ta artar. Bu durumda adlandırma yapılırken birtakım karışıklıklarda
ortaya çıkar ve daha önce açıklanan adlandırma kurallarında karmaşa oluşur. Komplek zincir yapısındaki bu alkil gruplarının
nispeten basit olanlarının adlandırılmasında n-, iso, sek- ve ter- önekleri kullanılır. Aslında bu önekler IUPAC sisteminde yer
alan önekler değildir; ama kimyacılar tarafından genel adlandırmada kullanılan öneklerdir. Adlandırmada bu önekler
kullanıldığında aşağıdaki kurallar uygulanır.
Basamak 1 : Alkil grubunun yerini ve ana yapıyı belirlerken IUPAC kuralları uygulanır.
Basamak 2 : Kompleks alkil grubundaki C atomu sayısı bulunur ve uygun önek ile birlikte adı belirlenir.
a. n-(normal) öneki(dallanmamış zincir):
Bir ya da iki karbonlu alkil grupları yalnızca birer çeşit alkil grubu oluşturabilir. Bir karbonlu alkil grubu metil, iki
karbonlu alkil grubu ise etil olur. Üç ya da daha fazla sayıda C atomu içeren alkil gruplarında ise iki yada daha fazla
isomer yapısı oluşabilir. Bu alkil grubu izomerlerinden düz zincirli olanına(uçtaki C atomundan H atomu kopmuş
olanına) n-(Sonrasına tire geldiği için italik yazılır.) öneki getirilir. Düz zincirli bu alkil grubunun genel formülü
CH3(CH2)n- şeklinde olur. Buradaki n sayısı iki ya da daha büyük bir sayı olabilir. Molekülün adlandırılması sırasında
alkil gruplarının alfabetik sıralamasında önekler göz önüne alınmaz. Aşağıda üç ve dört karbondan oluşan n-propil
ve n-bütil alkil grupları örnek olarak verilmiştir.
81
b. İzo öneki:
İzo öneki sonrasında tire bulundurmadığı için italik yazılmaz. İzo yapısı, ana zincire bağlı alkil grubunun bağlantı
yerinden en uzağa düşen kısmında iki metil grubunun alkil grubuna bağlantı yapmasıyla oluşur. Aşağıdaki örnek bir
izoalkil grubunun genel yapısını göstermektedir. Genel formüldeki n sayısı 0,1,2 bazen de 3 olabilir.
İzoalkil yapısını gösteren iki belirgin örnek izopropil ve izobütil gruplarıdır. Bir molekülün adlandırılması sırasında
izo öneki alfabetik sıralamada dikkate alınmalıdır.
c. sek- öneki :
Alkil zincirinin, ana zincire bağlantı yaptığı yerdeki alkil C atomuna bir metil grubu dal yaparak bağlanmışsa, alkil
grubunun ana yapıya bağlanan C atomu sekonder karbon özelliği kazanmış olur. Aşağıdaki genel formül sek- alkil
grubunun genel yapısını göstermektedir. Formüldeki n sayısı 1,2 bazen de 3 olabilir.
Belirgin bir örnek olarak sek-bütil grubu verilebilir.
Adlandırmada sekonder alkil grubu kullanıldığında alfabetik sıralamada önek dikkate alınmaz. Sekonder alkillerde
n sayısı 0 olduğunda elde edilen alkil grubunun sek-propil olması gerekir. Ancak bu isim bu grup için kullanılamaz
çünkü alkil grubunun yapısı incelendiğinde grubun adının izopropil olduğu görülür. Bu nedenle, sekonder alkil
genel formülünde n sayısı 1'den başlar.
d. tert- öneki :
Alkil zincirinin, ana zincire bağlantı yaptığı yerdeki alkil C atomuna iki metil grubu dal yaparak bağlanmışsa, alkil
grubunun ana yapıya bağlanan C atomu tersiyer karbon özelliği kazanmış olur. Aşağıdaki genel formül tert- alkil
grubunun genel yapısını göstermektedir. Formüldeki n sayısı 0, 1, 2 olabilir.
Bu gruba tert-bütil ve tert-pentil grupları örnek olarak gösterilebilir. Adlandırmada alfabatik sıralamada tert- öneki
dikkate alınmaz.
82
Basamak 3 : Bileşiğin adı sayı-önek-alkilalkan düzeninde yazılır.
Aşağıda basamaklarla verilen iki adlandırma örneği, bu adlandırma sisteminin nasıl kullanıldığını açıklamaktadır.
Basamak 1: Ana zincir belirlenir.
Örneğimizde ana zincirimizi siklohekzan oluşturmaktadır.
Basamak 2 : Ana zincire bağlı dallanma yapmış zincir ya da zincirler belirlenir. Örnekte bir dallanma vardır. Bu
nedenle bağlantı birinci karbona yapılmıştır. Bileşiğin adı yazıldığında dallanmanın nasıl yapıldığı da anlaşılmış
olacaktır.
Basamak 3 : Dallanma yapmış zincirin çeşiti belirlenir. Dallanma yapmış olan grup bir izo grubudur çünkü
dallanmanın uç kısmında, ana zincire bağlanan C atomunun tam zıt tarafında bulunan uç karbona bağlanmış iki
metil grubu dal yapmış durumdadır.
Basamak 4 : Alkil grubunun adı belirlenir. Örneğimizdeki C atomu sayısı 4 olduğuna göre alkil grubu bütil olur.
Basamak 5 : Bileşiğin adı alkil grubu öneki + alkil grubu adı + ana zincirin adı sırasıyla yazılır. Örneğimizdeki
maddenin adı izobütilsiklohekzan olur.
İkinci örnek daha karmaşık olmasına rağmen aynı basamaklar takip edilerek adlandırma yapılır.
Basamak 1 : Ana zincir belirlenir.
Örneğimizde ana zincir yapısı siklopentandır.
Basamak 2 : Dallanmalar ve adları tespit edilir. Bileşiğimizde iki dallanma vardır. Dallanmış grupların adları
alfabetik olarak kontrol edilir. Dallardan birisi metil grubu, diğeri ise daha önceki açıklamalardan da anlaşılacağı
gibi tert-bütil grubudur. Alfabetik sıralamaya göre numaralandırma yapılır. Daha önce de belirttiğimiz gibi tertalfabetik sıralamada göz önüne alınmaz. bütil alfabetik sıralamada önce geldiği için tert-bütil gubunun bağlı olduğu
C atomu 1 ile , metil grubunun bağlı olduğu C atomuna 2 ile(en kısa yol seçildiği için) numaralandırılır.
Basamak 4 : Parçalar biraraya getirilerek madde adlandırılır. Bileşiğin adı 1-(tert-bütil)-2-metilsiklopentan olur.
83
Soru. Aşağıdaki bileşiklerin sistematik adlarını(IUPAC) yazınız.
Soru. Aşağıdaki bileşikleri n-, izo, sek-, tert- öneklerini kullanarak adlandırınız.
Kimyacıların kullandığı n-, iso, sek-, tert- öneklerinin IUPAC sisteminde yer almadığı daha önce belirtilmişti. Kompleks yapılı
dallanma yapmış bu tür alkil gruplarının IUPAC kurallarına göre adlandırılmasında aşağıdaki basamaklar uygulanır.
Basamak 1 : Ana zincire bağlı karmaşık alkil grubunun, ana zincire bağlanan C atomundan başlanarak en uzun C atomlu
zinciri seçilir.
84
Basamak 2 : Alkil grubundaki C atomları ana zincire bağlı ilk C atomundan başlanarak numaralandırılır.
Basamak 3 : Dallanma yapmış alkil grubunun içinde de ayrıca dal yapan dalların adları ve numaraları belirlenir.
Basamak 4 : Kendi içinde de dallanma yapmış ana zincire bağlı dalın adı parantez içinde yazılarak adlandırma yapılır.
Aşağıda daha önce genel adları verilen bazı alkil gruplarının IUPAC sistemine göre adları altlarına yazılmıştır.
Aşağıda IUPAC kurallarına göre adlandırılması yapılan iki madde verilmiştir.
85
1.8. FONKSİYONEL GRUPLAR
Alkanlar diğer organik maddelerin de iskeletini oluşturan en basit yapılı ve tepkime istekleri az olan organik maddelerdir.
Alkan yapısına bir fonksiyonel grup bağlanması moleküllerin daha aktif olmasını da sağlar. Bir moleküldeki aktiflik merkezini
oluşturan gruba fonksiyonel grup denir. Bir fonksiyonel grup genellikle yapısında ikili ya da üçlü bağ içerebilir ve/veya farklı
atomların(azot, oksijen, fosfor, halojen) biraraya gelmesiyle oluşan bir yapı içerir. Fonksiyonel grup moleküllerin hangi tür
kimyasal tepkimelerini gerçekleştireceklerini belirleyen yapıdır(kimyasal tepkimelere yatkındırlar). Fonksiyonel grup
yapısında bulunduğu maddenin hangi fiziksel özelliklere sahip olduğunu da gösterir. Tablo 1.3 başlıca fonksiyonel grupları
örneklerini adlarıyla birlikte göstermektedir.
Tablo 1.3 Organik kimyadaki temel fonksiyonel gruplar. R(CnH2n+1-) harfi ile alkil grupları gösterilmektedir.
86
Aşağıda verilen örnek eter, ketone ve ester fonksiyonel gruplarını içermektedir.
Soru. Aşağıda yapı formülleri verilmiş maddelerde bulunan fonksiyonel grupları yazınız.
Alken ve Alkin Adlandırılması
Alkenler ve sikloalkenler yapılarında bir ya da daha fazla çift bağ içeren hidrokarbonlardır. Alkenlerin genel formülü CnH2n
şeklindedir. Bu formül aynı zamanda sikloalkanların da genel formülü olduğu için alkenler ve sikloalkanlar birbirinin yapı
izomeridir.
Alkenlerde adlandırma, alkanlardaki adlandırma sistemindeki kuralların uygulanması ile kolayca yapılabilir.
1.
En uzun karbon zinciri seçilirken çift bağ ana zincir içerisinde yer almalıdır.
2.
Zincir, alkan zincirindeki adlandırmada kullanılan alkan adının sonundaki -an eki yerine -en eki getirilerek adlandırılır.
3.
Ana zincir numaralandırırken, çift bağın bulunduğu karbonların yakın olduğu uçtan başlanarak numaralandırma yapılır.
1979 yılına yayınlanmış olan çalışmalarda, çift bağın olduğu karbonlardan küçük numaralı karbonun numarası ana zincir
adından önce yazılıyordu. 1993 ve 2004 yılında yayınlanan çalışma sonuçlarında ise numaranın -en ekinden hemen önce
yazılması tavsiyesinde bulundu. Önceki adlandırmanın yanlış olmadığını; ancak yeni kullanımın daha da uygun olacağı
açıklandı. Aşağıdaki iki örnek bu kuralların uygulanışını göstermektedir.
87
Alkenlerde diğer dallanmalara göre çift bağın önceliği olduğu için, dallanma yapmış olan diğer gruplar daha yüksek
rakamlara bağlanmış olabilirler. Örneğin aşağıdaki maddede çift bağ öncelikli numaralandırma yapmak gerektiğinden
bileşiğin adı 3-metil-4-hepten değil, 5-metilhept-3-en(5-metil-3-hepten) olacaktır.
Birden fazla çift bağ içeren maddelerin genel adına Polien adı verilir . Bir molekül iki tane çift bağ içeriyorsa -dien, üç tane
çift bağ içeriyorsa -trien olarak adlandırılır. Dienlerin iki çeşiti vardır. İki çift bağ birbirinden yalnızca bir tane tek bağ ile
ayrılmışsa konjuge dien, çift bağların ikisi de aynı karbonda oluşmuşsa kümülatif dien adını alır.
Bir organik maddenin yapısında, dallanmış kısımda çift bağ kalıyorsa bu yapılara alkenil grubu adı verilir. Alkenil dallanmış
yapısı, ana yapıda fazla sayıda karbon içeren halkalı bir yapı varsa uygulanabilir. Adlandırma aşağıdaki kurallara uygun
olarak gerçekleştirilmelidir.
1.
Ana yapıya bağlı olan dallanmış çift bağlı alkenil karbonları, ana yapıya bağlı olandan başlanarak numaralandırılır.
2.
Dallanmış kısım adlandırılırken -en eki yerine -enil eki kullanılır. Adlandırmada, alkenil grubunun çift bağının
numarasının dallanmış zincire ait olduğunun anlaşılması için parantez içinde gösterilmesi gerekir.
Organik maddelerin adlandırılmasında birçok alkenil dallanmış zincirinin genel adı, IUPAC adından daha çok
kullanılabilmektedir. Etenil(CH2=CH-) ve 2-propenil(CH2=CHCH2-) bu şekilde yaygın kullanımı olan iki alkenil grubudur. Bu iki
alkenil grubunun alkenil adları vinil ve allil'dir.
88
Örnek: Aşağıdaki bileşikleri adlandırınız.
Alkinler yapılarında bir ya da daha fazla üçlü bağ içeren hidrokarbonlardır. Alkinlere, en basit yapılı bileşiğinden dolayı
asetilenler(etin) de denir. bir alkinin IUPAC sistemine göre aşağıdaki şekilde bulunur.
1.
Ana zincir, üçlü bağ zincir içerisinde kalacak şekilde seçilir. Verilen örnekte en uzun zincir beş karbon içermektedir.
2.
Ana zincir adlandırılırken aynı karbon sayılı alkanın -an eki yerine -in eki kullanılır. Örnekteki karbon sayısı 5 olduğuna
göre ana zincir pentin'dir.
3.
Üçlü bağın yakın olduğu uçtan başlayarak karbonlar numaralandırılır. Üçlü bağın bağlı olduğu karbona küçük sayı
gelecek uçtan başlayarak zincir numaralandırılır. Burada üçlü bağ ikinci ve üçüncü karbonlar arasındadır. Buna göre
üçlü bağın yeri belirtilecek şekilde verilen maddenin adı pent-2-in(2-pentin) olur.
Bazen ana zincir hem üçlü bağ hem de çift bağ içerebilir. Bu durumda adlandırma için yine ana zincir seçilir. Zincir içerisinde
kalan çoklu bağlar belirlenir ve sırasıyla şu işlemler yapılır.
1.
En uzun zincir belirlenir.
2.
Çoklu bağlar alabilecekleri en düşük numaraları alacak şekilde karbonlar numaralandırılır.
3.
Zincirdeki ikili bağın yeri belirlenir. Örneğin, aşağıdaki maddede çift bağ birinci karbondadır.
4.
Ana zincirin adına -en eki eklenir. Örneğimizde ana zincir 6 karbonlu olduğu için adı hekzen'dir.
89
5.
Ana zincirdeki üçlü bağın yeri belirlenerek numarasıyla ana zincire eklenir. İkili ya da üçlü bağın öncelik sırasına
bakılmaksızın ana zincirdeki karbonlar küçük rakamlar kullanılacak şekilde numaralandırılır. Verilen örneğimizde
numaralandırma yapıldığında bileşiğin adı Hekz-1-en-4-in(1-hekzen-4-in) olur.
Ancak her iki grupta aynı küçük numarayı alacak şekilde bir durum gerçekleşirse, -en öncelikli olarak küçük numarayı alacak
şekilde isimlendirme yapılır.
Arenler
6 karbonlu bir halkada karbonlar arasında üç tek bağ ve 3 çift bağ conjuge yapıda( çift bağlar, bir tek bağ ile ayrılıyorsa)
yerleşerek halkayı oluşturuyorsa oluşan hidrokarbona aren denir. Arenler genellikle benzenden türetilirler. Arenler için
genellikle kullanılan isim ise hoş kokularından dolayı, aromatik hidrokarbonlardır.
Aromatik bileşiklerin adlandırmasında aşağıdaki basamaklar kullanılır.
Basamak 1 : Aromatik hidrokarbonlar benzen türevi olarak adlandırılırlar. Örneğin, etilbenzene benzen halkasına bir etil
bağlanarak oluşturulmuştur.
Basamak 2 : Bütün benzen türevi maddelerde benzen adı kullanılmaz. Bu maddelerin bazılarının kendi özel isimleri vardır.
Örneğin, metilbenzenin özel adı toluendir.
90
Aşağıda bazı benzen türevi aromatik hidrokarbonların özel adları verilmiştir.
Basamak 3 : Bir benzen halkasına iki grup dal yaparak bağlanmışsa, bu bağlantılar numaralarla gösterilebilir veya bu
durumda adlandırma için orto-, meta-,para- önekleri kullanılır. orto önekinin kısaltması o-, meta önekinin kısaltması m-,
para önekinin kısaltması p- şeklindedir. Orto-, benzen halkasına dal yapmış grupların 1,2 bağlantı yaptığını, meta-, dalların
1,3 bağlandığını, para- ise dalların 1,4 olduğunu gösterir. Benzen halkasındaki C atomları numaralandırılırken rezonans
yapıdan dolayı, çift bağların yerleri gözönüne alınmaz. Numaralandırmada toplam sayının minimum olması gerektiğini
unutmayınız.
Örnek:
91
Benzen halkası kendisinden daha uzun zincirli,büyük bir molekülle birlikteyse bir fonksiyonel grup gibi davranır. Bu durumda
oluşan yapı fenil(C6H5-)'dir. Fenil grubu, benzen halkasının bir ana zincire dal olarak bağlandığında oluşan yapının adıdır.
Örnek:
Benzen bu şekilde dal yaparak fonksiyonel grup gibi davrandığında adının fenil olarak okunması gerekir. Bu durumda,
okumada yapılan en büyük yanlışlık bu yapıya benzil adının verilmesidir. Benzil(C6H5CH2-) grubu, halkaya bağlı CH3
grubundan bir H kopmasıyla oluşan yapıdır ve fenille benzerliği yoktur.
Aromatik bir halkaya üç ya da daha fazla dallanmanın olduğu durumlarda orto-, meta-, para- önekleri kullanılamaz. Bu
durumda her grubun yerleştiği karbonun numarasının kullanılması gerekir. Çok sayıda dallanma yapmış benzen halkası
adlandırılırken aşağıdaki basamaklar takip edilir.
1.
Ana zincir belirlenir.
2.
Dallanmış grupların belirlenmesi ve adlandırması yapılır.
3.
Dallanmaların herbirinin numaraları dallanmış grubun adının önüne getirilir.
4.
Dallanmalar alfabetik olarak sıralanır.
Ana zincir belirlenirken genel olarak kabul edilen adları kullanmak daha uygun olur.
Örnek:
Halojenli Organik Bileşikler(R-X)
Bu bölüme kadar yalnızca karbon ve hidrojen içeren organik bileşiklerin adlandırılması ile ilgili bilgiler verildi. Bu bölümde C
ve H haricindeki heteroatomları içeren organik bileşiklerin adlandırılması ile ilgili bilgiler verilecektir. Bir ya da daha fazla
sayıda halojen içeren organik maddelere organohalojenler denir. Halojenlerden Flor(F), klor(Cl), Brom(Br), iyot(I)
elementleri; çokça da Cl ve Br elementleri kullanılarak adlandırma yapılacaktır.
Halojenli organik bileşikler adlandırılırken aşağıdaki basamaklar uygulanır.
Basamak 1 : Halojenli organik bileşikler, dallanmış hidrokarbonlar olarak ele alınırlar. Adlandırmada halojenlerle alkil
gruplarının alfabetik sıralamada birbirine karşı bir öncelikleri yoktur. Alkil grupları ve halojenler, alfabetik sıralamaya
sokularak adlandırma yapılır.
92
Alkollerin Adlandırılması(R-OH)
Alkoller yapısında hidroksil grubu(-OH) içeren organik maddelerdir. Alkoller adlandırılırken organik maddenin adının sonuna
-ol eki getirilir. Doğada çok sayıda hidroksil grubu içeren organik bileşik bulunur.
Daha önceki adlandırma kurallarına uyularak alkollerin adlandırması aşağıdaki basamaklar izlenerek yapılır.
1.
Ana zincir belirlenir.
2.
Dallanmış grupların belirlenmesi ve adlandırması yapılır.
3.
Dallanmaların herbirinin numaraları dallanmış grubun adının önüne getirilir.
4.
Dallanmalar alfabetik olarak sıralanır.
Yukarıda verilen basamaklar izlenerek aşağıdaki işlemlerle alkollerin adlandırması tamamlanır.
a)
Ana zincirdeki alkan adının sonuna hidroksil grubunun varlıını belirtmek için -ol eki getirilir.
b)
Ana zincir oluşturulurken,hidroksil grubu ile bağ yapmış karbon atomu zincirde bulunmalıdır.
c)
Alkolün ana zinciri numaralandırılırken,
bağına göre alkol grubunun numarası en küçük olacak şekilde numaralandırma yapılır.
alkil grupları ve
d)
alkol isimlendirmesi yapılırken ana zincir adının sonuna, numarayla birlikte -ol eki getirilir. 1993 ve 2004 yıllarında
IUPAC'ın tavsiyesi olan bu adlandırma sistemiyle aşağıdaki bileşiğin adı eski adı ile yeni adı şu şekilde olur. İki adlandırmada
doğru kabul edilmektedir.
93
Halkalı yapıya bağlı alkol grubu varsa, numaralandırma hidroksil grubundan başlanarak yapılır. Numaralandırma
alkolden başladığı için alkol numarası hep 1 olacağından, adlandırma yaparken yazılmasına gerek olmaz.
IUPAC, bazı alkollerin genel kullanımda kabul görmüş adlarının kullanılmasını kabul etmektedir. Aşağıda bu
alkollerden üçü örnek olarak verilmiştir.
Alkoller, hidroksil grubunun bağlı olduğu karbon atomundaki alkil grubu(R) sayısına göre, primer, sekonder ve
tersiyer alkol gruplandırılabilirler.
Fenol kelimesi özel bir bileşik olan hidroksibenzen için kullanılırken, yapıda dallanma olunca ana yapı adı olarak
ta kullanılmaktadır.
94
Örnek: Aşağıdaki bileşiklerin IUPAC adlandırmasını yapınız.
Yapısında iki -OH grubu içeren bileşiklere dioller(glikoller), üç -OH grubu içerenlere trioller, çok sayıda -OH grubu
içerenlere ise polialkoller denir.
Eterlerin adlandırılması(R-O-R)
Bir oksijen atomuna iki radikal grubun(alkil, aril, vinil gibi) doğrudan bağ yaptığı bileşiklerdir. Genel formülleri
aşağıdaki gibidir.
IUPAC kuralları, eterlerin adlandırılmasında iki yöntemin kullanılmasına izin vermektedir.
1.
Eterdeki alkil gruplarının tümü belirlendikten sonra alfabetik sıraya konulur ve sonuna eter eki getirilir.
Yukarıdaki örnekler incelendiğinde O atomuna bağlı olan alkil gruplarının dimetil eter'de aynı diğerlerinde farklı
olduğu görülür. Alkil grupları aynı ise eter'e simetrik(basit) eter, farklı ise simetrik olmayan eter(karışık) eter denir.
95
2.
Sistematik diğer adlandırma yönteminde, oksijene bağlı alkil gruplarından büyük olanı ana yapı olarak seçilir
ve küçük grup dallanmış yapı olarak(alkoksi) olarak adlandırılır.
Örnekler:
Aldehit(R-CHO) ve Ketonların(R-CO-R) adlandırılması
Aldehitler ve ketonlar, yapılarında karbonil(-C=O) grubu içeren maddelerdir.
Aldehitte karbonil grubuna en az bir H bağlanırken, ketonda karbonil grubuna R grupları bağlanır.
Aldehit ve Ketonların adlandırması yapılırken aşağıdaki kurallar uygulanır.
1.
Ana zincir belirlenir.
2.
Dallanmış grupların belirlenmesi ve adlandırması yapılır.
3.
Dallanmaların herbirinin numaraları dallanmış grubun adının önüne getirilir.
4.
Dallanmalar alfabetik olarak sıralanır.
Bu kurallar uygulandıktan sonra adlandırmada şunlara dikkat edilir.
96
a)
Aldehit adlandırılırken ana zincir adına -al eki eklenir.
b)
Aldehit adlandırmasında ana zincir seçilirken aldehit grubunun bu zincirde seçilmesi gerekir. Zincir
numaralandırılırken, aldehit grubunun karbonuna bir numara verilir.
c)
Bir molekülün yapısında aldehit grubu haricinde, hidroksil grubu ve bağı da varsa, aldehit grubunun
karbonu 1 numaralı C olarak alınır. Adlandırma yapılırken aldehit karbonunun numarasının 1 olduğu bilindiği için
kullanılmasına gerek yoktur.
d) Aldehit grubunun karbonu doğrudan bir halka yapısına bağlanmışsa, oluşan halkalı yapı karbaldehit olarak
adlandırılır.
IUPAC basit aldehitlerin genel kullanımdaki adlarını da adlandırmada kabul etmekte ve kullanmaktadır. Aşağıda bu yapıdaki
bazı aldehitlerin genel adları verilmiştir.
Ketonlarda da adlandırma işlemleri aldehitlerinkine benzerlik gösterir. Ketonların adlandırmasında ayrıca
aşağıdaki işlemlere dikkat etmek gerekir. Ketonlarda ana yapıdaki alkanın sonuna -on eki getirilir.
97
Adlandırma yapılırken keton grubunun olduğu karbonun numarasının belirtilmesi gerekir. IUPAC, 1979 yayınladığı
kurallarda, bu numaranın ana zincirden önce yazılması gerektiğini belirtmişti. 1993 ve 2004 yıllarında yaptığı
değişiklikle, numaranın -on ekinden önce yazılmasının daha uygun olacağını belirtmiştir; ancak daha önceki
kuralla gerçekleştirilen adlandırmanın da doğru olduğunu kabul etmektedir.
IUPAC basit ketonları genel kullanımdaki adlarını da adlandırmada kabul etmekte ve kullanmaktadır. Aşağıda bu yapıdaki
bazı ketonların genel adları verilmiştir.
IUPAC, nadiren kullanılıyor olsa da alkil alkil keton şeklindeki adlandırmayı da basit ketonlar için kabul
etmektedir. Örneğin hekzan-3-on bileşiği etil propil keton olarak ta adlandırılabilir.
Örnek:
98
Karboksilli asitler ve Türevlerinin adlandırılması
Karboksilli asitler yapılarında karboksil grubu içeren asitlerdir.
Bir tane karboksil grubu içeren asitlerin adlandırılmasında ana zincirin adının sonuna -oik asit eki getirilir.
Ana zincir seçilirken karboksil grubu bu zincirin içerisinde yer almalıdır. Karboksil grubu uçta yer aldığı için,
gruptaki C atomu 1 numaralı karbon olur.
Karboksil grubu halkalı bir yapıya bağlanmışsa, halka adının sonuna karboksilli asit eklenerek adlandırma yapılır.
Basit yapılı karboksilli asitlerin genel adları IUPAC tarafından da kabul görmüştür. Adlandırmada bu genel adlar
kullanılmaktadır.
Asitin yapısında iki tane karboksil grubu varsa adının sonuna -dioik asit eki getirilir.
99
Pek çok dikarboksilli asitin IUPAC tarafından da kabul görmüş genel adları vardır.
Asit halojenürlerin adlandırılması(R-COX)
Asit halojenürler adlandırılırken, karboksilli asitten türetildikleri için asitin -oik asit eki yerine -il halojenür eki
getirilir.
Asit anhidritlerin adlandırılması(R-COOOC-R)
Asit anhidritler adlandırılırken, karboksilli asitten türetildikleri için asitin -asit eki yerine -anhidrit eki getirilir.
Esterlerin adlandırılması(R-COO-R)
Esterler adlandırılırken, önce karboksil grubuna bağlı olan oksijene bağlanmış alkil grubunun adı söylenir;sonra
karboksilli asitin ismi söylenirken -ik(-oik) asit eki yerine -at(-oat) eki getirilir.
Amitlerin adlandırılması(R-CONH2)
Amitler adlandırılırken, karboksilli asitten türetildikleri için asitin -oik asit eki yerine -amit eki getirilir.
100
Nitrillerin adlandırılması(R-C N)
Nitriller adlandırılırken, karboksilli asitten türetildikleri için asitin -oik asit eki yerine -onitril eki getirilir.
Aminlerin Adlandırılması(R-NH2)
Aminlerin adlandırılması iki şekilde gerçekleştirilir. Burada basit yapılı aminlerin adlandırılması kısaca
açıklanacaktır. Kompleks yapılı aminlerin adlandırılmasına girilmeyecektir.
Primer aminler, alkil grubuna bağlı -NH2 grubu içerirler. Bir aminin primeramin olabilmesi için N atomuna 2
hidrojen haricinde bir tane R grubu bağlanmalıdır. Amindeki H atomlarından birinin yerine daha R grubu
geçerse(N atomuna iki R grubu bağlanırsa sekonder amin, N atomuna 3 tane R grubu bağlanırsa tersiyer amin
oluşur.
Aromatik aminler(aril aminler) adlandırılırken anilin türevi olarak adlandırma yapılır.
Heteroatom içeren organik bileĢiklerin fiziksel ve kimyasal özellikleri
Alkil gruplarına heteroatomlar bağlandığında oluşan bileşiğin kütlesinde ve hacminde bir artış olur. Bu da fiziksel
özelliklerin değişmesine neden olur. Heteroatomun katılmasıyla molekül polar yapıya sahip olabilir. Polar
moleküllerin birarada durmasını sağlayan etkileşimlere dipol etkileşim denir. Bu etkileşimler nedeniyle,
heteroatomlu maddelerin erime ve kaynama noktaları aynı sayıda C atomu içeren hidrokarbonlara göre daha
yüksek olur. Alkoller, aldehitler, asitler diğer heteroatomlu yapılardan farklı olarak kendi tanecikleri arasında
hidrojen bağları oluştururlar. Hidrojen bağları dipol etkileşimlerinden daha kuvvetli olduğu için erime ve kaynama
noktaları aynı C sayılı hidrokarbonlara göre çok yüksek olur.
101
Alkil gruplarına hidroksil(-OH) ve karboksil(-COOH) grubu gibi heteroatomlar bağlı ise molekülün hidrofil(suyu
seven) kısmı polar olduğundan suda çözünmeyi kolaylaştırır.
Aynı sayıda C içeren hidrokarbonlar, apolar ve hidrofob oldukları için suda çözünmezler. Örneğin, yukarıdaki
bileşiklerle aynı sayıda karbon içeren pentan(C5H8) yalnızca hidrofob özellik gösterdiği için suda çözünmez.
Alkil gruplarına heteroatomlar bağlandığında oluşan bileşiklerin kimyasal tepkimeye girme istekleri, aynı sayıda C
içeren hidrokarbonlardan daha fazladır. Örneğin, doymuş hidrokarbonların tepkimeye girme istekleri azdır.
Heteroatom içeren bileşikleri ise daha fazla tepkimeye girme isteğinde olurlar. Heteroatomların moleküllerindeki
tepkime yatkınlığından(polar kısımdan) dolayı çok farklı türde tepkimeler gerçekleşebilir. Alken ve alkinler, ikili ve
üçlü bağlarındaki pi bağları nedeniyle biraz daha aktiftirler.
102
2
E) C atomlarından iki tanesi sp hibridleşmesi
yapmıştır.
1.
4.
bileĢiğinin IUPAC adı aĢağıdakilerden
hangisidir?
A) 3,5,6-trimetil-4-propiloktan
B) 3,4,6-trimetil-5-propiloktan
C) 3,4-dimetil-4-(1-metilpropil)nonan
D) 3,4,5-trimetil-6-propiloktan
E) 3,5,6-trimetil-4-propilnonan
Yukarıdaki organik bileĢiklerden
hangilerinin ana zincirleri seçilirken yanlıĢ
yapılmıĢtır?
2.
A) Yalnız I
ve II
B) Yalnız II
D) II ve III
Bağ çizgili formülü yukarıdaki gibi olan organik
maddenin IUPAC adı aşağıdakilerden
hangisidir?
E) I ve III
5.
A) 2,5-dimetil-6-etilnonan
B) 5,6-dimetil-2-etilnonan
bileĢiğinin IUPAC adı aĢağıdakilerden
hangisidir?
C) 5,6-dietil-2-metiloktan
A) 2-etilpentan
D) 2-metil-5,6-dietiloktan
B) 3-metilpentan
E) 5,6-dietil-2-metilnonan
C) 2-metilpentan
D) 4-metilhekzan
3.
D) 3-metilhekzan
Yukarıda verilen organik bileĢik için
aĢağıdakilerden hangisi yanlıĢtır?
6.
A) Doymuş hidrokarbondur.
B) Kapalı formülü C13H28 dir.
bileĢiğinin IUPAC adı aĢağıdakilerden
hangisidir?
C) IUPAC adı 3-etil-4,7-dimetilnonan'dır.
A) 3-etil-2-metilhekzan
D) Ana zincir 9 karbonludur.
B) 3-metil-2-etilhekzan
C) 3-izopropilhekzan
103
C) I
D) 2,2-dimetil-3-etilhekzan
C) 2,2-dimetilheptan
E) 2,3-dimetilheptan
D) 3-metilhekzan
7.
E) 2,3-dimetilheptan
10.
Bağ çizgili formülü verilen hidrokarbon
bileĢiği için,
bileĢiği için,
I.
I.
IUPAC adı 2,4,6-trimetiloktan'dır.
IUPAC adı 2,3,4,6-tetrametilhekzan'dır.
II. Doymamış hidrokarbondur,
II. Kapalı formülü C11H22 dir.
3
III. C atomlarının tümü sp hibridleşmesi
yapmıştır.
III. Adlandırmada seçilen ana zincir 7
karbonludur.
yargılarından hangileri doğrudur?
yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
ve II
B) Yalnız III
A) Yalnız I
ve III
C) I
D) II ve III
D) II ve III
B) I ve II
C) I
E) I, II ve III
E) I ve III
8.
11.
Bağ çizgili formülü yukarıdaki gibi olan bir
hidrokarbon bileĢiği için aĢağıdakilerden
hangisi yanlıĢtır?
A) Ana zincirdeki karbon sayısı 7 dir.
bileĢiği için,
B) Genel formülü CnH2n+2 dir.
I. Ana zincirdeki C atomları soldan
numaralandırılırsa IUPAC adlandırmasına
göre doğru adlandırma yapılır.
C) Ana zincire bağlı alkil grubu sayısı 3'tür.
D) IPAC adı 3-etil-2-metilheptan'dır.
II. IUPAC adı 3,4-dimetilheptan'dır.
E) Molekülündeki H atomu sayısı 22'dir.
III. Bağ çizgili yapısı
9.
bileĢiğinin IUPAC adı aĢağıdakilerden
hangisidir?
şeklindedir.
A) 2-metiloktan
yargılarından hangileri doğrudur?
B) nonan
104
A) Yalnız I
ve III
B) I ve II
C) I
B) 2-metil-3-propilhekzan
C) 2-metil-3-propilheptan
D) II ve III
E) I, II ve III
D) 4-etil-2-metilheptan
E) 2-metil-2,3-dietilhekzan
12.
15.
hidrokarbon bileĢiği için,
bileĢiğinin IUPAC adı aĢağıdakilerden
hangisidir?
I.
IUPAC adı 3,3-dietilpentan'dır.
II. Adlandırmada ana zincirdeki C atomu
sayısı 5'tir.
A) 3,3-dimetiloktan
B) 3-etil-4,4-dimetiloktan
III. Kapalı formülü C9H18 dir.
C) 4,4-dimetil-5-etiloktan
yargılarından hangileri doğrudur?
D) 3,3-dimetil-4-etiloktan
A) Yalnız I
ve III
E) 5-etil-3,3-dimetiloktan
D) II ve III
B) I ve II
E) I, II ve III
13.
hidrokarbon bileĢiği için,
I.
Doymuş hidrokarbondur.
II. IUPAC adı 3,3-dietil-4-metil-5propiloktan'dır.
III. Kapalı formülü C16H34 tür.
yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
ve III
D) II ve III
B) I ve II
C) I
16.
E) I, II ve III
hidrokarbon bileĢiği ile ilgili,
14.
I. Adlandırmada en uzun zincir 8
karbonludur.
bileĢiğinin IUPAC adı aĢağıdakilerden
hangisidir?
II. Ana zincire dallanmış üç metil grubu
bağlıdır.
A) 4-izopropiloktan
III. Bağ çizgili formülü
105
C) I
hidrokarbon bileĢiği için aĢağıdakilerden
hangisi doğrudur?
A) IUPAC kurallarına göre halkadaki
karbonların numaralandırılması doğrudur.
şeklindedir.
B) IUPAC adı 3,6-dimetil-1-etilsiklohekzan'dır.
yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
ve III
D) II ve III
B) I ve II
C) Kapalı formülü C10H22 dir.
C) I
D) Doymamış hidrokarbondur.
E) I, II ve III
2
E) sp hibridleşmesi yapmış C atomu içerir.
17.
19.
Yukarıda bağ çizgili formülleri verilmiĢ X ve
Y maddeleri ile ilgili,
I.
İkisi de aynı maddeyi göstermektedir.
II. İkisinin de genel formülleri CnH2n+2 dir.
Yukarıda verilen X ve Y hidrokarbon
bileĢikleri ile ilgili,
III. IUPAC adlandırmasında ikisinin de ana
zincirlerindeki C sayıları eşittir.
I.
II. Fiziksel özellikleri aynıdır.
yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
ve III
D) II ve III
B) I ve II
Kapalı formülleri aynıdır.
III. Halkalarındaki C atomları sayısı eşittir.
C) I
yargılarından hangileri doğrudur?
E) I, II ve III
A) Yalnız I
ve III
D) II ve III
18.
20.
106
B) I ve II
E) I, II ve III
C) I
Yukarıda verilen hidrokarbon bileĢiğinin
IUPAC adlandırılmasıyla ilgili,
I. Ana zincir olarak siklohekzan halkası
numaralandırılır.
Yukarıda verilen hidrokarbon bileĢiği için
aĢağıdakilerden hangisi yanlıĢtır?
II. Alfabetik sıralamaya göre
siklopropil(IUPAC-İngiliz alfabesine göre
cyclopropyl) grubunun bağlı olduğu karbon
1 numara olur.
A) Doymuş hidrokarbondur.
3
B) Tüm C atomları sp hibridleşmesi
yapmıştır.
C) Kapalı formülü C10H22 dir.
III. Adı 1-siklopropil-4-etil-3metilsiklohekzan'dır.
D) IUPAC adı 3-siklobütilhekzan'dır.
yargılarından hangileri doğrudur?
E) Halkadaki C atomlarına bağlı 7 hidrojen
vardır.
A) Yalnız I
ve III
B) I ve II
D) II ve III
C) I
E) I, II ve III
21.
23.
Yukarıda verilen hidrokarbon bileĢiği için,
I.
IUPAC adı siklopropilsiklobütandır.
II. Genel formülü CnH2n şeklindedir.
III. Doymuş hidrokarbondur.
Yukarıda verilen hidrokarbon bileĢiğinin
IUPAC adı aĢağıdakilerden hangisidir?
yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
ve III
D) II ve III
B) I ve II
A) 1-etil-2-metilsiklopropan
C) I
B) 1-etil-1-metilsiklopropan
E) I, II ve III
C) 2-etil-1-metilsiklopropan
D) 2-metil-1-etilsiklopropan
E) 2,2-dimetilsiklopropan
22.
107
A) 2,2,6-trimetiloktan
B) 2-etil-6,6-dimetilheptan
C) 2,3-dietil-6-metiloktan
24.
D) 2,3-dimetil-3-etiloktan
E) 2,3-dimetil-3etilheptan
Yukarıda verilen hidrokarbon bileĢiğinin
IUPAC adı aĢağıdakilerden hangisidir?
26. AĢağıdaki organik isimlerden hangisi bir
bileĢiğin IUPAC adı olamaz?
A) 1-siklohekzil-2-metiletan
B) izopropilsiklohekzan
A) 2,3-dimetilbütan
C) 2,2-dimetilsiklohekzan
B) 3-etilpentan
D) 2-metil-2-siklohekziletan
C) 3-etil-2-metilpentan
E) (2-metilpropil)siklohekzan
D) 3-etil-2,4-dimetilpentan
E) 1,3-dimetilpentan
24.
27.
Yukarıdaki hidrokarbon bileĢiği ile ilgili,
I.
Yukarıda verilen hidrokarbon bileĢiği için,
Doymuş hidrokarbondur.ept-3-en
I.
3-metil-hept-5-en
II. Sikloalkandır.
II. 5-metil-hept-3-en
III. IUPAC adı 3-etil-1,1-dimetil-2-(4metilpentil)siklopentan'dır.
III. 5-metil-3-hepten
adlandırmalarından hangileri doğrudur?
yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
ve III
B) I ve II
A) Yalnız II
ve III
C) I
D) II ve III
D) II ve III
E) I, II ve III
28.
25. 2,2-dimetil-6-etilheptan bileĢiğinin IUPAC
adı aĢağıdakilerden hangisidir?
108
B) I ve II
E) I, II ve III
C) I
Yukarıda bağ çizgili formülü verilen
hidrokarbon bileşiği için,
I.
A) Yalnız I
Yalnız III
Doymamış hidrokarbondur.
B) Yalnız II
D) II ve III
C)
E) I, II ve III
II. Genel formülü CnH2n-2 şeklindedir.
III. Adı (2-bütenil)siklohekzan'dır.
31.
bileĢiğinin IUPAC adı aĢağıdakilerden
hangisidir?
yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız II
ve III
B) I ve II
C) I
A) 5-hepten-2-in
D) II ve III
E) I, II ve III
B) hept-2-en-5-in
C) 2,5-heptadien
D) 1,4-heptadien
29.
E) Hept-1-in-4-en
32.
Yukarıda verilen hidrokarbon bileĢikleri
için,
I.
Doymamış hidrokarbonlardır.
Yukarıda verilen hidrokarbon bileĢiği için,
2
II. İkişer tane sp hibridleşmesi yapmış C
atomu içerirler.
I.
III. Genel formülleri CnH2n-2 şeklindedir.
II. Doymamış hidrokarbondur.
yargılarından hangileri doğrudur?
III. IUPAC adı 2,3-dimetil-5-etilhept-2-en'dir
A) Yalnız II
ve III
B) I ve II
D) II ve III
Ana zincirdeki C atomu sayısı 7'dir.
yargılarından hangileri yanlıĢtır?
C) I
A) Yalnız I
Yalnız III
E) I, II ve III
B) Yalnız II
D) II ve III
C)
E) I, II ve III
30.
33. 4-etil-2-metilhekzan bileĢiği aĢağıdakilerden
hangisidir?
Yukarıda verilen hidrokarbon bileĢiği için,
3
I. sp hibridleşmesi yapmış C atomu sayısı
4'tür.
II. Kapalı formülü C7H14 tür.
III. IUPAC adı 4-metilhekz-1-en'dir.
yargılarından hangileri doğrudur?
109
D) 4-izopropil-3-metilheptan
E) 2-metilheptan
36. AĢağıdakilerden hangisinin genel formülü
diğerlerinden farklıdır?
A) Hekz-2-en
B) 2-etilpent-1-en
C) 2-metilbüta-1,3-dien
D) 2,3-dimetilhept-3-en
E) 1,1-dimetilsiklohekzan
37. AĢağıdakilerden hangisinin genel formülü
diğerlerinden farklıdır?
A) 2-metilhekz-1-en
B) 2-metilhekza-1,5-dien
C) 4,4-dimetilpent-2-in
D) 2,5-dimetilhekz-3-in
E) 1-etil-3-metilsiklohekzen
38. AĢağıdakilerden hangisi bir organik
bileĢiğin adı olamaz?
34. 2,4,4-trimetilheptan bileşiği için,
I. Doymuş hidrokarbondur.
A) 4,4-dimetilpent-2-in
II. Kapalı formülü C9H20'dir.
B) 3-etil-2,2-dimetilhept-2-in
C) 2-metilhekza-1,5-dien
III. Ana zincir 7 karbonludur.
D) 2,5-dimetilhekz-3-in
yargılarından hangileri doğrudur?
E) 1-etil-3-metilsiklohekzen
A) Yalnız I
Yalnız III
B) Yalnız II
D) II ve III
C)
E) I ve III
35. AĢağıdakilerden hangisinin genel formülü
diğerlerinden farklıdır?
39.
A) 1,1-dimetilsiklopentan
B) 4-etil-3,4-dimetiloktan
C) 2,4,4-trimetiloktan
110
Yukarıda verilen organik bileĢik için,
I.
A) 2,2,6-trimetiloktan
Doymuş hidrokarbondur.
B) 2,2-dimetil-5-etiloktan
II. Genel formülü CnH2n-2'dir.
C) 6-etil-2,2-dimetilheptan
III. IUPAC adı 1-etil-3-metilsiklohekzen'dir.
D) 5-etil-2,2-dimetiloktan
yargılarından hangileri doğrudur?
E) 5,5-dimetil-2-etilheptan
A) Yalnız I
Yalnız III
B) Yalnız II
D) II ve III
C)
43. AĢağıdakilerden hangisi bir organik
bileĢiğin IUPAC adıdır?
E) I ve III
A) 3-etil-4,4-dimetilhekzan
B) 4-etil-5,5-dimetilpentan
40. 1-metilsiklopent-2-en adı, IUPAC kurallarına
göre doğru bir adlandırma değildir.
C) 5,5,6-trimetiloktan
D) 6-etilsiklohepten
Buna göre verilen organik bileĢiğin IUPAC
adı aĢağıdakilerden hangisidir?
E) 2,4-dimetilhekz-2-en
A) 2-metilsiklopent-2-en
44. AĢağıdakilerden hangisi bir organik
bileĢiğin IUPAC adıdır?
B) 2-metilsiklopent-2-en
C) 1-metilsiklopenten
A) 1,4-dimetilhekz-1-en
D) 3-metilsiklopen-2-en
B) 2,4-dimetilhekz-2-en
E) 4-metilsiklopen-2-en
C) 2,3-dimetilhekz-4-en
D) 2,4-dimetilhekz-4-en
41. 1-metilpent-1-en adı, IUPAC kurallarına göre
doğru bir adlandırma değildir.
E) 2,5-dimetilhekz-5-en
Buna göre verilen organik bileĢiğin IUPAC
adı aĢağıdakilerden hangisidir?
45. 3,3,4,4-tetrametilsiklobüten bileĢiğinin 1
molekülündeki toplam atom sayısı kaçtır?
A) 2-hekzen
A) 28
18
B) 2-metilpent-1-en
B) 26
C) 24
D) 22
E)
C) 2,2-dimetilpenten
D) 1,2-dimetilbüt-2-en
3
46. Okta-1,5-dien bileĢiğinde sp hibridleĢmesi
2
yapmıĢ C atomları sayısının, sp
hibridleĢmesi yapmıĢ C atomları sayısına
oranı kaçtır?
E) 1-etilbüt-1-en
A) 2/3
1
42. 2,2-dimetil-6-etilheptan adı, IUPAC kurallarına
göre doğru bir adlandırma değildir.
B)
D) 3/2
Buna göre verilen organik bileĢiğin IUPAC
adı aĢağıdakilerden hangisidir?
3/4
C)
E) 4/3
47. AĢağıdaki bileĢiklerden hangisinin IUPAC
adı yanlıĢtır?
111
50. 1,4-diklorpentan bileĢiğinin bağ çizgili
formülü aĢağıdakilerden hangisidir?
48.
Yukarıda verilen hidrokarbon bileĢikleri için
aĢağıdakilerden hangisi yanlıĢtır?
A) Birer moleküllerindeki C atomları sayısı
eşittir.
B) Kapalı formülleri aynıdır.
C) Ana zincirlerindeki C sayıları farklıdır.
3
D) sp hibridleşmesi yapmış C atomları sayısı
farklıdır.
E) Birer moleküllerindeki H atomları sayısı
farklıdır.
49. AĢağıdaki bileĢiklerden hangisi 2metilpentan değildir?
112