Yrd. Doç. Dr. Atilla Evcin Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi Mühendislik Kimyası Ders Notları 2006

Ders Müfredatı „ Madde „ Atomun Yapısı ve Periyodik Sistem „ Kimyasal Bağlar „ Sembol, Formül ve Denklemler „ Stokiyometri „ Gazlar MÜHENDİSLİK KİMYASI „ Katılar „ Sıvılar DERS NOTLARI „ Çözeltiler Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN „ Kimyasal Kinetik ve Denge „ Asitler, Bazlar ve pH „ Elektrokimya „ Kimyasal Termodinamik Gerekli Kaynaklar Gerekli Kaynaklar „ Modern Üniversite Kimyası C.E.Mortimer „Temel Kimya, Çeviri : Prof. Dr. T. Altınata Peter Atkins, Loretta Jones Prof. Dr. H. Akçay Çeviri : Prof. Dr. Esma Kılıç Prof. Dr. H. Anıl Prof. Dr. Fitnat Köseoğlu Prof. Dr. H. Avcıbaşı Doç. Dr. Hamza Yılmaz Prof. Dr. D. Balköse Cilt I-II Cilt I-II Bilim Yayıncılık, Ankara Çağlayan Kitabevi, İstanbul Gerekli Kaynaklar Magnetik Özellikler „ Genel Kimya, İlkeler ve Modern Uygulamalar Orbitalde tek elektron varsa buna çiftleşmemişelektron denir. Çiftleşmemişelektrona sahip atom veya iyonların bir Petrucci, Harwood, Herring magnetik alan tarafından çekildiği , zayıfça mıknatıslık gösterdiği deneysel olarak bulunmuştur. Maddelerde Çeviri : Tahsin Uyar görülen magnetik özellikler ; Serpil Aksoy * Paramagnetizma * Diamagnetizma * Ferromagnetizma Cilt I-II * Antiferromagnetizma * Ferrimagnetizma Palme Yayıncılık, Ankara 1

Magnetizma Tipi Etkinlik Atomik Magnetik Davranış Örnek magnetik Diamagnetizma Küçük momente sahip değildir Negatif gelişigüzel Çiftleşmemiş elektronlara sahip maddelerin gösterdiği Paramegnetizma Küçük magnetik Pozitif momente magnetik alana doğru çekilme özelliğine paramagnetizma sahiptir denir. Büyük Pozitif paralel sıralı Uyg. alanın magnetik Bunun zıddı özellik diamagnetizma’dır. Yani bütün fonksiyonu momente elektronları çiftleşmiş maddelerin gösterdiği magnetik alan Ferromagnetizma sahiptir Mikroyapıya bağlı tarafından itilmesi özelliğine diamagnetizma denir. karışık paralel Paramagnetizma sadece dışarıdan bir magnetik alan Antiferromagnetizma Küçük ve antiparalel uygulandığı zaman görülen bir özelliktir. Pozitif magnetik momente Birde Kobalt, Nikel, Demir gibi metallerin dışarıdan bir sahiptir Büyük antiparalel magnetik alan uygulanmadığı halde kendiliğinden magnetik Ferrimagnetizma Pozitif magnetik özellik göstermesi özelliği vardır ki, buna da momente Mikroyapıya bağlı sahiptir ferromagnetizma denir. 2

Örnek En az bir çiftleşmemiş elektrona sahip Atomlar, moleküller yada iyonlar, paramagnetiktir. Azot atomu, PARAMAGNETİKTİR 1s 2s 2p 2 2 3 N 1s 2s 2p 3

Soru ?? Örnek : Paramagnetizma „Aşağıdakilerden hangisi paramagnetiktir? „ Na (11) „ Ca (20) „ K+ (19) „ O2- (8) Periyodik Tablo Periyodik tablo neden önemlidir ? „ Periyodik tablo bir kimyacı için çok faydalı araçtır. „ Her test ve araştırmada kullanılır. „ Elementler hakkında bir çok bilgiyi içinde barındırır. İlk Denemeler Periyodik Tablodaki Aileler „ Kolonlar aileler halindeki „ …düzensizdi !!! gruplardır. „ Elementlerin „ Aileler bir kolonda organizasyonu yoktu. olabileceği gibi birkaç „ Bilgiyi bulmak güçtü. kolonda da olabilir. „ Kimyacılar anlamıyordu. „ Aileler numaradan ziyade isimlere sahiptir. 4

Periyodik Tablo İl bilimsel periyodik tablo Rus kimyacı Dmitri Mendeleev tarafından 1869 yılında ortaya konulmuştur. Mendeleev, benzer özellikler taşıyan elementleri arka arkaya dizdiğinde, atom kütlesine dayanan bir tablo elde etmiştir. O zamanlar bilinmeyen bazı elementlerin (skandiyum, galyum ve germanyum (ekasilikon) gibi) varlığını, hatta özelliklerini tahmin edebilmişti. Elementlerin Simgeleri Çok az sayıda elementin bilindiği zamanlarda, elementler, Plato’nun Eski Yunanlıların kullandığı toprak-hava-su ve ateş sembollerinden yaptığı uyarlamalarla simgeleniyordu. Daha sonra yeni elementler keşfedildikçe, tüm elementlerin eninde sonunda “altın”a dönüşeceği düşüncesinden yola çıkan simyacılar tarafından, güneş(altın) merkezli sistemdeki her gezegenin adı, bir elemente verildi. O dönemde bilinen elementlerin bazılarının “simya” sembolleri şöyle: Lothar Meyer isimli araştırmacı da, 1886 yılında, Mendeleev’den bağımsız olarak, atom kütlelerine göre bir periyodik tablo oluşturmuş ve “valans” kavramını ortaya atmıştı. Atom kuram ıyla tanıdığımız John Dalton, elementlerin „ En sonunda, 1813 yılında, Jon Jakob Berzelius isimli simgelenmesi konusunda, çemberlerden oluşan araştırmacı, elementlerin adları temel alınarak simgelenmesi fikrini ortaya attı. Hâlâ kullanılmakta olan bu sembollerin kullanılmasını önerdi. Bu yönteme göre, bazı yönteme göre: elementlerin simgeleri şöyleydi: „ 1. Her element, 1 ya da 2 harften oluşan bir simgeyle ifade ediliyor ve bu simgenin ilk harfi her zaman büyük yazılıyor. „ 2. Simgelerde sıklıkla, elementin İngilizce adının ilk harfi kullanılıyor. Örneğin: H (Hidrojen: Hydrogen), C (Karbon: Carbon), N (Azot: Nitrogen) 5

3. Eğer elementin baş harfiyle simgelenen başka bir „ 5. Bazı elementlerin simgelerinde de, bu elementlerin element varsa, bu elementin simgesinde baş harfin yanına, Latince ya da eski dillerdeki adları temel alınmış. Bu 11 İngilizce adının ikinci harfi de ekleniyor. elementin simgeleri ve adları şöyle: Örneğin: He (Helyum, Helium), Ca (Kalsiyum: Calcium), Ne (Neon: Neon) Na (Sodyum: Natrium) K (Potasyum: Kalium) Fe (Demir: Ferrum) Cu (Bakır: Cuprum) Ag (Gümüş: Argentum) Sn (Kalay: Stannum) „ 4. Eğer elementin İngilizce adının ilk 2 harfi, bir diğer Sb (Antimon: Stibium) W (Tungsten: Wolfram) Au (Alt ın: Aurum) Hg (Cıva: Hydrargyrum) elementle aynıysa, simgesinde başharfin yanına, bu kez Pb (Kurşun: Plumbum) başharften sonraki ilk ortak olmayan sessiz harf getiriliyor. Örneğin: Cl (Klor: Chlorine) ve Cr (Krom: Chromium) Bazı elementlerin isimleri „ 6. Çoğu yapay olarak sentezlenen yeni elementlerin bohrium (Bh, 107) – Niels Bohr simgeleriyse, atom numaralarına karşılık gelen Latince curium (Cm, 96) – Pierre and Marie Curie rakamlar esas alınarak veriliyor. einsteinium (Es, 99) – Albert Einstein fermium (Fm, 100) – Enrico Fermi gallium (Ga, 31) – Gallia) Örneğin: atom numarası 116 olan Ununheksiyum hahnium (105) – Otto Hahn elementinin simgesi olan lawrencium (Lr, 103) – Ernest Lawrence “Uuh”, meitnerium (Mt, 109) – Lise Meitner mendelevium (Md, 101) – Dmitri Mendeleev 1: uni – 1: uni – 6: hexa kelimelerinin baş harflerinden nobelium (No, 102) – Alfred Nobel oluşuyor. roentgenium (Rg, 111) – Wilhelm Roentgen (Ununumium) rutherfordium (Rf, 104) – Ernest Rutherford seaborgium (Sg, 106) – Glenn T. Alkali Metaller Periyodik Tablo Asal Gazlar Toprak Alkali Metaller Ana Grup Halojenler GeçişMetalleri Ana Grup Lantanitler and Aktinitler 6

1. period: 1s2 2 2. period: 2s2 2p6 8 3. period: 3s2 3p6 8 4. period: 4s2 3d10 4p6 18 5. period: 5s2 4d10 5p6 18 6. period: 6s2 4f145d10 6p6 32 7. period: 7s2 5f14 6d10 7p6 32 Periyodik tablodaki aileler „Grup 1A: Alkali metaller. „Grup 2A: Toprak alkali metaller. „Grup 3A: Bor ailesi. „Grup 4A: Karbon ailesi. „Grup 5A: Azot ailesi. „Grup 6A: Kalkojenler. „Grup 7A: Halojenler. „Grup 8A: Asal gazlar. „Grup B: Geçişmetalleri. Soru ? Elementlerin periyodik özelliği denildiğinde, periyodik olarak İyonlaşma enerjisi periyodik olarak değişmez. Sırası değişim gösteren özellikleri kastedilir. Yani periyodik tabloda atomların en dışyörüngedeki elektronlarının durumuna göre ya bir periyotta ya da bir gruptaki düzenli ve s ıralı değişmelerdir. Aşağıdakilerden hangisi periyodik özelliklerdir ? değişir. Atom ağırlığı periyodik bir özelliktir ve giderek artar. Nötron sayısı da atomlarda giderek artış gösteren bir a) İyonlaşma enerjisi, elektron ilgisi ve atom ağırlığı. özelliktir, çünkü atom sayısı bir artarken kütle numarasının b) İyonlaşma enerjisi, atom yarıçapı ve atom kütle numarası. iki kattan biraz daha fazla arttığına dikkat ederseniz, bu c) Elektron ilgisi, atom yarı çapı ve izotop sayısı. artışın nötron sayısındaki artmayı da beraberinde getirdiğini d) Atom ağırlığı, elektron ilgisi ve nötron sayısı. gözlemleriz. e) İyonlaşma enerjisi, elektron ilgisi ve atom yarıçapı. Elektron ilgisi denince, elektron alma ya da verme eğilimi diye düşünebiliriz. Bu özellik de periyodiktir ve elektron alma Cevap d isteği periyodik tabloda soldan sağa ve aşağıdan yukarı gidildikçe artar. 7

Atomik ve iyonik çap Bunun dışında periyodik tabloda yer alan elementlerin şu Birbirine bağlanmış iki atomun çekirdekleri arasındaki özellikleri de vardır ; ortalama uzaklığın ölçülmesiyle atom veya iyon yarıçapları bulunabilir. „ Atomik ve iyonik çap Bir kristal içinde komşu iki iyonun merkezleri arasındaki „ İyonlaşma enerjisi uzaklık, X-ışınları kırınımı (difraksiyonu XRD) ile tayin edilebilir. Kristallerin çoğunda bu uzaklık, bir katyonun „ Elektron ilgisi yarıçapı ile bir anyonun yarıçapının toplamına eşittir. „ Elektronegatiflik Örnek F2 moleküllerindeki F-F bağuzunluğu 144 pm dir. Bu değerin yarısı flor atomunun yarıçapı olarak kabul edilir (144/2= 72 pm). İki iyot arasındaki uzaklık 432/2= 216 pm Eğer Li iyonunun merkeziyle bir iyot anyonunun merkezi arasındaki uzaklık tayin edilirse Li+ – ve I arasındaki uzaklıktan Li+ iyonunu yarıçapı hesaplanabilir. + – 284 pm= Li yarıçapı + I yarıçapı 284 pm = Li+ yarıçapı + 216 Li+ yarıçapı = 68 pm Katyonik Çap 8

Anyonik Çap Neden ? Atom çap ı periyodik tabloda yatay olarak ilerledikçe (atom numarası arttıkça) küçülür. Çünkü yatay olarak ilerledikçe atomun dış kabuğuna bir elektron ve çekirdeğe de bir proton ilave edilir. Ancak kabuğa ilave edilen bir elektronun atomun hacmini genişletme gücü, çekirdeğe katılan bir protonun atomun hacmini küçültme gücüne eşit değildir, daha küçüktür. Protonun atom hacmini büzme gücü galip geldiğinden atom çapı yatay olarak ilerledikçe küçülür. Neden ? İyonlaşma Enerjisi Atomik çaplar gruplarda aşağı doğru indikçe büyür. Daima dışarıdan ısı alan (endotermik) bir kimyasal olaydır. Bir atomdan bir elektronu uzaklaştırmak için verilmesi gereken minimum enerjiye iyonlaşma enerjisi denir. Çünkü her grupta elektron bir üst kabuğa girer ve ilave edilen protonların atom çapını küçültme etkisi, üst kabuğa girmiş bulunan elektronların çapı büyültme etkisinin Bir elektronu çıkarmak için gerekli enerji birinci iyonlaşma yanında küçük kalır. enerjisi, ikinciyi çıkarmak için gerekli enerji ikinci iyonlaşma enerjisidir. Bütün bunların yanında elektron kaybettiği zaman oluşan iyon çapının daha küçük, elektron kazandığı zaman oluşan Tabiiki birinci iyonlaşmadan sonra + yüklü bir iyon oluşur ve iyon çapının da daha büyük olacağı açıktır. artık bu + yüklü iyondan bir elektron çıkarmak daha büyük enerji gerektirir. 9

2 2 6 2 Mg 1s 2s 2p 3s Mg → Mg+ + e- ΔH=+738 kJ/mol Mg+ → Mg2+ + e- ΔH=+1450 kJ/mol İyonlaşma Enerjisi artar İyonlaşma 2 2 6 2 1 Enerjisi Al 1s 2s 2p 3s 3px azalır Al → Al+ + e- ΔH=+577 kJ/mol Al+ → Al2+ + e- ΔH=+1816 kJ/mol Al2+ → Al3+ + e- ΔH=+2744 kJ/mol Elektron İlgisi İyonlaşma enerjisinin periyotlar boyunca artması tamamen İyonlaşma enerjisinin aksine, bir atomun bir elektron düzenli değildir. yakalaması ile açığa çıkan enerjiye elektron ilgisi denir. Bunun nedeni yarı dolu alt orbitallerde paralel spinli elektronların bulunmasının atomdaki elektron düzeninin O 1s2 2s2 2p4 kararlılığını arttırmasıdır. O (g) + e- → O- ΔH = – 142 KJ/mol Pauli İlkesi’ne göre; paralel spinli elektronlar birbirini iter ve O- + e- → O2- ΔH = 879 KJ/mol birbirlerinden uzaktadırlar. Bunun sonucunda, elektronlar arasındaki itme kuvveti Atoma yaklaşan elektron, atoma ait elektron bulutu küçülür ve atom daha kararlı bir elektronik sisteme sahip tarafından itilirken, çekirdek tarafından da çekilir. Bu çekme olur ki, bu iyonizasyon enerjisinin büyümesi demektir. itmeden büyük olursa enerji yayınlanır. Birinci elektron alma çoğunlukla enerji yayınlar (ekzotermik), fakat ikinci ve üçüncü elektron almalar daima dışarıdan enerji isteyen (endotermik) reaksiyonlardır. Elektronegatiflik Elektronegatiflik, iyonlaşma enerjisi ile elektron ilgisini birleştiren bir tanım olarak karşımıza çıkar. Bir atomun Elektron İlgisi artar molekül içinde bir kimyasal bağda elektronları kendine doğru çekme yeteneğidir. Elektron İlgisi Elektronegatifliği en yüksek olan Flor için 4.0 standart azalır olarak kabul edilerek, diğer elementlerin elektronegatiflik değerleri belirlenmiştir. 10

Elektronegatiflik artar Elektronegatiflik azalır Özet Elektronegatiflik değerleri bir bileşikteki bağlanma türünü tayin etmek için de kullanılabilir. Elektronegatiflikleri arasında büyük fark olan iki element birleştiği zaman iyonik bir bileşik oluşur. Örneğin sodyum ve klorür atomları arasındaki elektronegatiflik farkı 2.1 olduğundan NaCI iyonik bir bileşiktir. İki ametal arasındaki elektronegatiflik farkı büyük olmadığından ametaller arasında kovalent bağlanma meydana gelir. Elektronegatiflik farkları kovalent bağların polarlık derecesinin ölçüsünü verir. Fark sıfır veya sıfıra yakınsa bağapolar sayılır. 1A Grubu Alkali Metaller Alkali Metal Özellikleri „ Alkali metaller (Arapça: el–kali = “bitki külünden”) periyodik tablonun ilk grubunda (dikey sırasında) yer alan metallerdir. „ Bu metaller Li, Na, K, Rb, Cs, Fr doğada elementel halde bulunmazlar. „ Fransiyum dışında hepsi, yumuşak yapıda ve parlak görünümdedir. „ Kolaylıkla eriyebilir ve uçucu hale geçebilirler. „ Bağıl atom kütleleri arttıkça, erime ve kaynama noktaları da düşüşgösterir. „ Diğer metallere kıyasla, özkütleleri de oldukça düşüktür. 11

Hepsi de, tepkimelerde etkindir. „ En yüksek temel enerji düzeylerinde bir tek elektron taşırlar. „ Bu elektronu çok kolay kaybederek +1 yüklü iyonlar oluşturabildikleri için, kuvvetli indirgendirler. „ Isı ve elektriği çok iyi iletirler. „ Suyla etkileşimleri çok güçlüdür, suyla tepkime sonucunda hidrojen gazı açığa çıkarırlar. „ Alkali metaller ucuzdur ve reaksiyon kar ışımından damıtma Parlak kırmızı sarı mor mavimsi kırmızı mavi yoluyla saf halde elde edilebilirler. Hidrojen (H) „ Alkali Metal Reaksiyonlar ı Hidrojen 2 M (k) + H2 (g) → 2 MH (k) Oksijen Li (k) + O2 (g) → LiO2 (k) 2 Na + O → Na O (k) 2 (g) 2 2 (k) M (k) + O2 (g) → MO2 (k) M : K, Rb, Cs Azot 6 Li + N → 2 Li N (k) 2 (g) 3 (k) Halojen 2 M (k) + X2 (g) → 2 MX (k) Su 2 M + 2 H O → 2 MOH + H (k) 2 (s) (aq) 2 (g) hcp : hexagonal close packed İzotopları „ Hidrojen ilk olarak 1776 yılında Henry Cavendish tarafından keşfedilmiştir. „ Hidrojen ismi ise Antoine Lavoisier tarafından verilmiştir. „ Hidrojen renksiz ve kokusuz bir gazdır. „ Yan ıcı özelliğe sahip olduğu için özel şartlarda muhafaza edilir. „ Hidrojen çoğu bileşiklerinde +1 , metalhidrür bileşiklerinde ise -1 yükseltgenme basamağına sahiptir. 11H Hidrojen 12 H Döteryum 13H Trityum 12

Hidrojenin elde edilmesi Hidrojen reaksiyonlarda indirgen olarak davranır, „ 1. Endüstride büyük miktarda hidrojen doğal gaz veya reaksiyonlarda kendisi +1 değerliğine yükseltgenirken karbonun su buharıyla reaksiyonundan elde edilir. karşısındakini ise indirger. Kat,Isı,P CuO + H → Cu + H O CH + H O → CO + 3 H (k) 2 (g) (k) 2 (g) 4 (g) 2 (g) (g) 2 (g) SO + 3H → H S + 2 H O 1000ºC 2 (g) 2 (g) 2 (g) 2 (g) C + H O → CO + H (k) 2 (g) (g) 2 (g) Hidrojen ve oksijenin reaksiyonuyla büyük miktarda ısı „ 2. Çok saf hidrojen ise suyun elektrolizi ile elde edilir. oluşur. 2800 ºC’ye kadar sıcaklık yükselmesine sebep „ 3. Laboratuvarda ise çinko metalinin sülfirik asitle olabildiği için bu reaksiyon metal kesmede kullanılır. reaksiyonundan elde edilir. Zn + H SO → ZnSO + H (k) 2 4 4 (aq) 2 (g) 2 H + O → 2 H O ΔH0 = -484 kJ 2 (g) 2 (g) 2 (g) Kullanım Alanları Geleceğin Yakıtı „ Ticari gübrelere azot bağlanmasında, „ katı ve sıvı yağların doyurulma işleminde (hidrojenasyon), „ metanol, amonyak ve hidroklorik asit gibi bileşiklerin eldesinde „ kaynak yapımında, „ hidrojen balonlarını şişirmede „ petrolün işlenmesinde , roketlerde yakıt olarak „ çevre dostu hidrojen, doğal gaz ve benzine alternatif olarak kabul edilmesinin yanında, kimyasal işlemlerde, metalürjide ve rafinerilerde „ döteryum ve trityum izotopları da, nükleer fisyon ve füzyon işlemlerinde kullanılmaktadır Lityum (Li) „ Lityum „ Seramik ve cam yapımında, pil üretiminde, „ yağlayıcı ve alaşım sertleştirici maddelerin bileşiminde, „ nükleer santrallerde soğutucu görevinde „ roketlerde itici kuvvet sağlamada kullanılır „ katı elementler içinde en yüksek özgül ısı kapasitesine sahip olması nedeniyle, ısı iletiminde kullanılan sıvıların bileşiminde „ Bazı lityum bileşikleri, beyin rahatsızlıkları ve psikolojik hastalıkların tedavisinde kullanılan ilaçlarda kullanılır. Bcc : hacim merkezli kübik 13

Sodyum (Na) Hoca – Birisi bana pencerenin dışındaki bu kadar çekici şeyin ne olduğunu söyleyebilir mi ? Bcc : hacim merkezli kübik „ Sodyum „ Eczacılık, tarım ve fotoğrafçılık alanlarında cam yapımında ve sofra tuzu (NaCl) eldesinde Sodyum bileşikleri yüzyıllardan beri „ sıvı sodyum, nükleer santrallerde soğutucu görevinde insanlar tarafından kullanılmıştır ve „ dünya kabuğunun %2.6’sını oluşturan sodyum, dünyada en sodyum, belki de, bilinen maddelerin en bol bulunan altıncı elementtir ve alkali metaller arasında da eskisidir. en bol bulunanıdır İbraniler, sodyum karbonatın mikrop „ Buna karşın, doğada element halinde rastlanmaz ve kuru kırıcı özelliklerini bularak yara sodyum kloridin (NaCl) elektrolizi yoluyla elde edilir. pansumanlarında, ateş “düşürmede” „ Çeşitli alaşımların yapılarının kuvvetlendirilmesinde ve dökme metallerin saflaştırılmasında kullanılır. kullanmışve bileşiğe, İbranici “köpüren” „ NaK alaşımı, önemli bir ısı ileticisidir. anlamına gelen neler adını vermişlerdi. „ Sodyum elementinin diğer önemli bileşikleriyse kostik NaOH soda külü (Na CO ), kabartma tozu (NaHCO ) ve 2 3 3 sodyum nitrattır (NaNO3). Vurdum…Vurdum… Bir elektron kaybettim Emin misin ? Pozitifim artık. Na F 14

Potasyum (K) Potasyum (K) „ Potasyum „ Bitkilerin gelişimi için çok önemli bir element olan potasyum, çoğu toprak tipinin bileşiminde yer alır ve gübrelerin yapısına da katılır. „ Seramik, cam, sabun, lens ve benzeri maddelerin yapımında, „ Sodyum ve potasyum alaşımı (NaK), iyi bir ısı ileticidir. „ Potasyumun çoğu tuzu, hem kimyasal hem de ticari açıdan önem taşır: örneğin, potasyum hidroksit, potasyum nitrat, Bcc : hacim merkezli kübik potasyum karbonat, potasyum sülfat, vs. Deney : Potasyumun sudaki davranışı Rubidyum (Ru) Bcc : hacim merkezli kübik Sezyum (Cs) „ Rubidyum „ Rubidyumu ilk olarak 1861 de Robert Bunsen ve Gustav Kirchhoff spektroskopi yöntemi ile buldular ve tayfındaki iki belirgin kırmızı çizgi nedeni ile “yakut” anlamında rubidyum olarak adlandırdılar. „ Çok kolay iyonlaşması nedeniyle, sezyuma alternatif olarak, uzay araçlarındaki “iyon motorlarında” kullanılmaktadır. „ Vakum tüplerinin ve fotosellerin de yap ısına katılan önemli bir bileşendir. „ Özel camların yapımında ve kalp araştırmalarında da kullanılır. Ayrıca katalizör olarak kullanımı da vardır. Bcc : hacim merkezli kübik 15

Sezyum (Cs) Fransiyum (Fr) „ Sezyum „ Bu metalin ilk keşfi Robert Bunzen ve Gustav Kirchhoff tarafından 1860 yılında mineral suda keşfedildi. „ Sezyum’un saf olarak eldesi bilinen sıradan sodyum eldesi gibi değildir. „ Atom saatlerinde, k ızılötesi lambalarında ve katalizör olarak, belirli elementlerin hidrojenlenmesinde kullanılır. „ Yak ın zamanda, itici güç sistemlerinde de kullanılmaya başlanmıştır. „ Vakum tüplerinde, hava kal ıntılarını yok etmek için kullanılır. „ Oksijene karşı eğilimi yüksektir ve kolay iyonize olur. „ Bu nedenle de, roket motorlarında itici olarak kullanılır. 2A Grubu Toprak Alkali Metaller „ Fransiyum ilk olarak 1939 yılında Marguerite Perey tarafından keşfedilmiştir. „ Fransiyum Uranyum ve toryum mineralinin içerisinde bulunur. Fakat saf element olarak izolasyonu mümkün değildir. „ Fransiyum, aktinyumun αparçalanması sonucunda veya toryum proton bombardımanı sonucunda elde edilir. „ Fransiyum metalinin kullanım alanları bilinmemektedir. „ Fransiyum metali hakkında kesin bir bilgi bulunmamaktadır. Metal yüzeyi havadaki nemden dolayı matlaşmaktadır. Havda yanması ile fransiyum oksidi oluşturur. „ Fr(k) + O (g) Æ FrO (k) 2 2 Toprak Alkali Metaller Özellikleri „ Periyodik tablonun baştan ikinci grubunda (dikey sırasında) yer alan elementlerdir. Sıklıkla beyaz renkli olup, yumuşak ve işlenebilir yapıdadırlar. „ Alkali metallerden daha az tepken (tepkimeye girmeye eğilimli) karakterde olmalarının yanında, erime ve kaynama sıcaklıkları daha yüksektir. İyonlaşma enerjileri de alkali metallerden daha yüksektir. „ Toprak elementleri ismi, bu gruptaki elementlerin toprakta Yok yok portakal kırmızı kızıl yeşil bulunan oksitlerinin, eski kimyabilimciler tarafından ayrı birer element olarak düşünülmesinden gelir. 16

Berilyum (Be) „ Berilyum „ Yüksek oranda ısı emebilme özelliği nedeniyle, hava ve uzay taşıtlarında, iletişim uydularında, nükleer santrallerde ve füze yapımında, hafif metal alaşımlarında, „ X- ışını tüplerinin pencerelerinde Akuamarin „ Yüksek bir erime noktas ına sahip olması, hafifliği ve çelikten çok daha esnek bir metal olması nedeniyle, bilgisayar parçalarında, „ jiroskoplarda ve inşaat sektöründe „ bakır alaşımı da, kaynak yapımında, elektrik bağlantılarında ve elektrotlarda kullanılır. Zümrüt „ Zümrüt ve akuamarin, berilyumun değerli kristal formlarıdır. Hcp : hexagonal close packed Magnezyum (Mg) „ Metalik magnezyum 19. yüzyılın başlarına kadar elde edilememiştir.Buna karşılık, magnezyum, bileşiklerinin bazıları, çok daha önce biliniyordu. „ 1808’ de İngiliz kimyacısı Humphry Davy kuru magnezyum klorürle metal potasyumu özütlemeyi başardı. „ 1831’ de yeterli miktarda magnezyum elde edilebildi. „ Magnezyum, nispeten tepkin bir metaldir. Bu yüzden, doğada serbest olarak bulunmaz. Toprakta en bol bulunan elementler arasında sekizinci sırayı alır. „ Başlıca iki mineral halinde bulunur: magnezit (MgCO3) ve dolomit [MgCa(CO ) ]. Hcp : hexagonal close packed 3 2 Kalsiyum (Ca) „ Fotoğraf makinelerinin gövde ve flaş kaplamalarında, işaret fişeklerinde ve yangın bombalarında „ alüminyumdan üçte bir oranında daha hafif olması nedeniyle, alaşımlarından uçak ve füze yapımında „ eczacılık alanında önem taşıyan bileşikleri de vardır. „ döküm demir yapımında ve uranyum başta olmak üzere çeşitli metallerin tuzlarından saflaştırılması işleminde „ şömine tuğlalarının, aydınlatma ampullerinin, renk maddelerinin ve filtrelerin yapımında ccp (cubic close-packed) 17

İlk olarak 1808 yılında Berzelius ve Pontin, civa içerisindeki CaO’in (lime) elektrolizi ile kalsiyum amalgam (cival ı „ Toryum, uranyum ve zirkonyum gibi metallerin hazırlanmasında ve çeşitli alaşımların eldesinde maden alaşımı) elde etmiş. Daha sonra Humphry Davy tarafından ilk defa saf olarak izole edilmiştir. „ sıvı yağların dehidrasyonunda „ canlıların kemik, diş, kabuk ve benzeri dış iskelet „ Kalsiyum doğada saf olarak bulunmaz. En fazla kireç yapılarında taşında (CaCO3) bulunur. „ bitkilerin bünyesinde „ Mermer ve kalsit te aynı formüle sahiptir. En önemli „ dünya kabuğundaki en bol beşinci element olması karşın, mineralleri dolomit (CaCO MgCO ), apatit (3Ca (PO ) ), 3 3 3 4 2 çok reaktif olması nedeniyle asla element halinde gibs (CaSO .2H O) dir. 4 2 bulunmaz. • Vücut sağlığı için en gerekli elementtir. Kemiklerin ve „ kireçtaşı, jips ve floritin yapısında da vardır. dişlerin gelişip kuvvetlenmesini sağlar. Fakat vücutta „ CaCO , CaO gibi bileşikleri nem çekici olarak 3 kalsiyum fazlalığı böbrek taşına sebep olur. Stronsiyum (Sr) ccp (cubic close-packed) Baryum (Ba) „ Stronsiyum „ Adair Crawford ilk olarak 1790 y ılında strontianit (SrCO3) mineralini tanımlamıştır. 1808 yılında ise Humphry Davy tarafından elektroliz yöntemi ile izole edilmiştir. „ Renkli televizyonlar için görüntü tüplerinin ve demir esaslı mıknatısların yapımında, „ çinkonun saflaştırılmasında, „ işaret fişeklerinde ve havai fişeklerde kırmızı rengin elde edilmesinde „ nükleer pillerde ve fosforlu boyaların yapımında „ Stronsiyum titanat, yüksek bir kırılma indisine ve elmastan daha geniş bir optik dağılıma sahip olması nedeniyle, ilgi çekici bir optik maddedir. bcc (body-centred cubic) 18

Radyum (Ra) „ Baryum „ Baryum ilk olarak 1774 yılında Carl Scheele tarafından tanımlanmıştır. Ilk olarak 1808 yılında Humphry Davy tarafından İngilterede ekstrakte edilmiştir. „ Vakum tüplerinde, bujilerde, havai fişeklerde ve floresan lambalarda „ baryum sülfat ve çinko sülfat içeren bir pigment olan “Litopon”, „ Baryum sülfat, kalıcı beyaz özelliğiyle boyaların içeriğinde, X- ışını incelemelerinde ve cam yapımında „ barit, petrol kuyularını açmakta kullanılan sıvıların içeriğinde ağırlık kazandırıcı unsur olarak, kauçuk yapımında, „ baryum karbonat fare zehiri olarak, baryum nitrat ve klorat bcc (body-centred cubic) da piroteknide (fişekçilik) yeşil rengin eldesinde kullanılır. 3A Grubu Elementleri „ Radyum „ Radyum, 1898 yılında Curieler tarafından pechblend (U3O8) adı verilen uranyum minerali üzerinde yap ılan araştırmalar sırasında ortaya çıkarıldı. „ Radyum, uranyumun radyoaktif olarak parçalanması sonunda meydana gelen ürünlerdendir. Bu yüzden dâimâ uranyum mineralleriyle birlikte, genellikle granitli kayalarda bulunur. „ Radon gazı eldesinde kullanılır. Kendiliğinden ışıldayan boyaların yapısına katılır. „ Özellikle kanser tedavisinde, radyum yerine Co-60 gibi daha güvenli ya da daha güçlü radyoizotopların kullanılması yoluna gidilmektedir. „ Nötron kaynağı olarak da kullanılır. Bor (B) rhombohedral 19

Bor „ Borun en önemli ticari bileşiği, yalıtım amaçlı cam elyafının „ Elementer bor 1808 yılında Fransız kimyacı Gay-Lussac ile ve bir ağartıcı olan sodyum perboratın yapımında Baron Louis Thenard ve bağımsız olarak İngiliz kimyacı Sir kullanılmaktadır. Humpry Davy tarafından bulunmuştur. „ Diğer bor bileşikleri de, borosilikat camların yapımında „ Metalle ametal arası yarı iletken özelliğe sahip bir kullanılır. elementtir. „ Boron-10 izotopu, nükleer santrallerde ortamdaki nötronları „ Bor tabiatta hiçbir zaman serbest halde bulunmaz. hızla emerek tepkimeleri yavaşlatmak ya da durdurmak „ Doğada yaklaşık 230 çeşit bor minerali olduğu için, nükleer radyasyona karşı kalkan olarak ve nötron bilinmektedir. belirleyici aletlerde kullanılır. „ Amorf bor, ayırt edici yeşil rengi için pirotekni (fişekçilik) alanında ve ateşleyici olarak roketlerde kullanılır. „ Tekstil alanında önem taşıyan bir diğer bor bileşiğiyse, borik asittir. „ Tenis raketlerinin, nükleer santrallerde kullanılan regülatörlerin ve ısıya dayanıklı cam ürünlerinin yapımında „ Titanyum ve tungsten ile birlikte kullanımı sonucunda, da önem taşır. ağırlığı düşük ancak ısıya karşı dirençli alaşımlar elde edilir. „ Yak ın zamanda artrit (eklem iltihabı) tedavisinde kullanılmaya başlanan bor bileşikleri de umut vaat ediyor. „ Göz dezenfektanlarının bileşiminde de bor bulunuyor. „ Bor, özellikle seramiklerin sırlanmasında ve emaye sanayiinde kullanılır. Bu sektör Türkiye’nin en çok bor tükettiği alanlardan birini oluşturmaktadır. Yararlanılan başlıca bor özellikleri aşağıdaki gibidir: Sırın kıvamlılığını düşürür. Sırın yüzey gerilimini düşürür. Parlaklığı ve saydamlığı arttırır. „Elektriğe kaşı yalıtkan davranırken, bir metalinkine benzer ısı geçirgenliği gösteren boron nitrit bileşiği, aynı zamanda, karıştırıldığı herhangi bir maddeyi elmas sertliğine getirici özelliktedir. „ Bor hidrürler enteresan bileşiklerdir, çok reaktiflerdir. Bor tabiatte Boraks (Na B O .10H O) kolemanit 2 4 7 2 Kendiliğinden yanarlar. Su ile borik asit ve hidrojen verirler. (Ca B O .5H O) mineralleri halinde bulunur.Oksitinin 2 6 11 2 BH yoktur, B H , B H , B H , B H magnezyum ile indirgenmesiyle elde edilir. 3 2 6 4 10 5 9 5 11 B2O3 (k) + 3Mg(k)→2 B(k) + 3 MgO (k) Bortriklorürün 1000ºC’de H2 ile indirgenmesiyle saf, parlak siyah bor kristalleri elde edilir. 2BCI + 3 H → 2 B + 6 HCI 3 (g) 2 (g) (k) (g) Bu reaksiyon oldukça egzotermiktir. Etanın yanmasında Borik asit (H BO ) zayıf bir asittir, hazırlanması ; 3 3 ΔH= 1000 kJ/mol olduğu düşünülürse açığa çıkan enerji Na B O + 2 HCI + 5 H O →2 NaCI + 4 H BO tahmin edilebilir. 2 4 7 2 3 3 20

Alüminyum (Al) ccp (cubic close-packed) „ Alüminyum „ Alüminyum toz halde Fe (III) oksitielementel demire „ 1827 yılında Wohler tarafından bulunmuştur. indirgeyerek büyük miktarda ısı açığa çıkartır ve bu esnada Alüminyum hafif bir metaldir. Toksik eğildir. Doğada indirgenmişdemir erir. Bu reaksiyona “Termit reaksiyonu” serbest halde bulunmaz. denir. „ Çeşitli mutfak aletlerinin ve dekorasyon malzemelerinin 2 Al 0 ana yapım maddesidir. + Fe O →2 Fe + Al O ΔH =-851 kJ (k) 2 3 (k) (k) 2 3 (k) „ Bakır, magnezyum ve diğer metallerle oluşturduğu „ Alüminyum bileşikleri kuvvetli asit karakterlerindedir ve sulu alaşımlar, saf halinden çok daha güçlü özelliklere çözeltilerinden hidratları şeklinde elde edilir. sahiptir. „ Alümina (Al O ) refrakter tuğla olarak kullanılır. „ alaşımları hafif ancak güçlü metallerin gerek duyulduğu, 2 3 başta füze ve uçak yapımı olmak üzere, her türlü Alüminyumun tabiatteki bulunuşu boksit Al O .xH O 2 3 2 alanda kullanılır. „ Alüminyumsülfat Al (SO ) tıpta kanayan kesikte kanamayı 2 4 3 „ Elektrik iletkenliği bakırın yalnızca %60’ı kadar olsa da, durdurmakta kullanılır. hafif yapısı nedeniyle elektrik iletim hatlarında kullanılır. Bayer Prosesi Bayer Prosesi „ Al O .2H O (boksit) mineralinden elde edilir. Boksit 2 3 2 içerisinde aynı zamanda Fe2O3 ve SiO2 gibi safsızlar vardır. „ Boksit, NaOH ile reaksiyona sokularak, demir çökelek olarak, sodyum alümünat ve sodyum silikat ise çözeltide kalır. „ Bu çözeltiden CO2 geçirilerek sodyum silikat çözeltide kalırken alüminyum, alüminyum oksit şeklinde çöker. „ Çökelek çözeltiden filtre edilerek ayrılır, yıkanır ve ısıtılarak saf alümina (Al O ) elde edilir. 2 3 „ Daha sonra elde edilen alüminanın elektrolizi sonucunda saf alüminyum elde edilir. 21

Galyum (Ga) „ Galyum metali ilk olarak 1875 yılında Lecoq de Boisbaudran tarafından keşfedilmiştir. „ Galyum alüminyumun eldesi sırasında yan ürün olarak elde edilir. Boksit mineralinin saflaştırılması ile alüminyum ile beraber elde edilir. Daha sonra elektroliz ile saf olarak elde edilir. „ Cam ve porselenlere ıslak bir görünüm vermekte kullanılır. „ Cam üzerine sürüldüğünde, oldukça parlak bir ayna oluşturur. „ Yar ı iletkenlerin ve transistör benzeri aygıtların üretiminde yaygın olarak kullanılır. „ Ayr ıca, kuartz termometrelerin ve lazer diyotlarının yapımında ve tümör tespitinde de kullanılır. orthorhombic „ Galyum arsenit, elektriği doğrudan ışığa çevirebilme özelliğine sahiptir. İndiyum (In) „ İndiyum „ Düşük sıcaklıklarda eriyebilen alaşımların yapımında kullanılır. „ Örneğin, %76 oranında galyum, %24 oranında da indiyum içeren alaşım, oda sıcaklığında sıvıdır. „ Germanyum transistörlerin, damıtıcıların, termistörlerin ve fotoileticilerin yap ımında kullanılır. „ Metallerin ve camın üzeri indiyumla kaplandığında, atmosferik aşınmaya karşı gümüşle yapılanlardan daha dayanıklı olan aynalar elde edilir. tetragonal Talyum (Tl) „ Talyum metali ilk olarak 1861 yılında Sir William Crookes tarafından keşfedilmiştir. „ Talyum metali ve bileşikleri çok toksik maddelerdir. Bu nedenle kullanım esnasında çok dikkatli olunmalıdır. Bıçakla kesilebilecek kadar yumuşak metaldir. „ Talyum metali kükürtlü minerallerin yapısında bulunur. En çok pirit mineralinde bulunur. „ Kükürt, selenyum ya da arsenik ile oluşturduğu bileşikler, 125-150°C arası sıcaklıklarda sıvı hale geçen camların yapımında kullanılır. „ Talyum oksit, kırılma indisi yüksek camların üretiminde ve güneşgözelerinin yapımında kullanılır. „ Kokusu ve tadı olmayan talyum sülfat, rodentisit (kemirgen öldürücü) ve karınca öldürücü olarak kullanılır. hcp (hexagonal close-packed) 22

…