Kimya Koordinat Kovalent Bağlar

Genel Kimya Giriş

• Genel Kimya, Prensipler ve Modern Uygulamalar adlı kitaptan, Onuncu Baskı.
• Pearson Kanada tarafından, Toronto'da yayınlanmıştır.

Madde - Özellikleri ve Ölçümleri

• Kimyanın kapsamı
• Bilimsel yöntem
• Madde özellikleri
• Madde sınıflandırması
• Madde ölçümleri (SI birimleri)

Kimyanın Kapsamı

• Her şey kimyasallardan oluşur ve yaptıklarımızın çoğu kimyasal reaksiyonları içerir.
• Otomobillerimizi çalıştıran benzin, farklı kimyasalların bir karışımıdır.
• Bu karışımın yanması, arabayı hareket ettiren enerjiyi sağlar.
• Kimya, insan çabaları ve merakının birçok alanıyla ilgili olduğu için bazen "merkezî bilim" olarak adlandırılır.
• Elektronik cihazları iyileştirmek için yeni malzemeler geliştiren kimyacılar, fizik ve mühendislik ile kimyanın arayüzünde çalışırlar.

Bilimsel Yöntem

• 17. yüzyılda Galileo, Francis Bacon ve Isaac Newton gibi kişiler tarafından ortaya atılmıştır.
• Bilimsel yöntem, gözlemler, deneyler ve yasaların, hipotezlerin ve teorilerin formülasyonlarının birleşimidir.
• Bazı keşifler (X-ışınları, radyoaktiflik, penisilin) kazayla yapılmıştır.
• Bu tür tesadüfi keşiflere tesadüfiyet denir.

Madde Özellikleri

• Madde, uzayı kaplayan, kütle olarak bilinen bir özelliğe sahip olan ve eylemsizliğe sahip olan her şeydir.
• Bileşim, bir madde örneğinin parçalarına veya bileşenlerine ve göreceli oranlarına atıfta bulunur.
• Sıradan su, hidrojen ve oksijen olmak üzere iki basit maddenin birleşiminden oluşmaktadır.
• Kimyacılar, su bileşiminin kütlece %11,19 hidrojen ve %88,81 oksijen olduğunu söyler.

Madde Özellikleri (Fiziksel ve Kimyasal)

• Madde özellikleri genellikle iki geniş kategoriye ayrılır: fiziksel ve kimyasal.
• Fiziksel özellik, maddenin bileşimini değiştirmeden bir örneğin gösterdiği bir özelliktir. Örneğin bakır ince levha veya folyoya dövülebilir.
• Sıvı su donduğunda katı suya (buza) dönüşür, görünüşü birçok yönden farklılaşır ancak kütlece %11,19 hidrojen ve %88,81 oksijen hala aynıdır.

Kimyasal Değişim

• Kimyasal değişim veya kimyasal reaksiyonda bir veya daha fazla madde örneği farklı bileşimlere sahip yeni madde örneklerine dönüştürülür.
• Kimyasal değişimi tanımlamanın anahtarı bileşimdeki değişimdir.
• Örneğin kağıdın yanması bir kimyasal değişim örneğidir. Kağıt karmaşık bir maddedir, ancak ana bileşenleri karbon, hidrojen ve oksijendir.
• Yanmanın ana ürünleri, karbondioksit ve su buharı olmak üzere iki gazdır.

Maddenin Sınıflandırılması

• Madde, atom adı verilen çok küçük birimlerden oluşmaktadır.
• Bir element, yalnızca tek bir atom tipinden oluşan bir maddedir (118 tane bilinmektedir).
• Kimyasal bileşik, farklı elementlerin atomlarının birleşmesiyle oluşan bir maddedir (milyonlarca farklı kimyasal bileşik vardır).
• Molekül, aynı oranda bileşen atomlara sahip en küçük birimdir.
• Homojen karışımlar, bileşim ve özelliklerinde aynı örnek boyunca tutarlıdır, ancak bir örneğin bileşim ve özellikleri diğerlerinden farklı olabilir (deniz suyu, şekerli su).

Madde Durumları

• Add heat (ısı ekle) yöntemi ile madde durumları gösterilmektedir.

Madde Ölçümleri: SI Birimleri

• Uzunluk (metre, m)
• Alan (metrekare, m²)
• Hacim (kübik metre, m³)
• Zaman (saniye, s)
• Hız (metre/saniye, m/s)
• İvme (metre/saniye², m/s²)
• Yoğunluk (kg/kübik metre, kg/m³)
• Sıcaklık (Kelvin, K)
• Basınç (pascal, Pa)
• Elektrik yükü (coulomb, C)
• Elektrik akımı (amper, A)
• Elektrik potansiyel farkı (volt, V)
• Elektrik alan şiddeti (volt/metre, V/m)
• Elektrik direnç (ohm, Ω)
• Elektrik kapasitans (farad, F)
• Dalga boyu (metre, m)

Atomlar ve Atom Teorisi

• Kütle korunumu yasası
• Sabit Bileşim Yasası
• Dalton Atom Teorisi
• Elektronlar ve diğer atomik fizik keşifleri
• Elektronlar ve diğer keşifler
• X-ışınları ve radyoaktiflik
• Protonların, nötronların ve elektronların özellikleri
• Kimyasal Elementler
• İzotoplar
• İyonlar
• Periyodik Cetvel Gíriş
• Periyodik Cetvel

Atomik Kuram (Dalton)

• Her element, küçük parçacıklardan oluşan atomlardan oluşur. Atomlar kimyasal reaksiyonlarda ne yaratılır ne de yok edilir.
• Belirli bir elementin tüm atomları aynıdır, ancak farklı elementlerin atomları birbirinden farklıdır.
• Bileşikler, daha fazla sayıda element tarafından bir araya getirilen atomlardan oluşur.

Elektronlar ve Diğer Atomik Fizik Keşifleri

• Elektrik ve mıknatıslanma, atom yapısı teorilerinin gelişimi için deneylerde kullanılmıştır.
• Bazı nesneler elektrik yükü adı verilen özelliklere sahiptir; bu yükler pozitif (+) veya negatif (-) olabilir.
• Yüzlerce (+) yük veya (-) yükü olan nesneler net yük taşımaz ve elektriksel olarak nötrdür.
• (+) yüklerin sayısı (-) yüklerin sayısından fazla ise nesne net pozitif yüke sahiptir.
• (-) yüklerin sayısı (+) yüklerin sayısından fazla ise nesne net negatif yüke sahiptir.

Polar Kovalent Bağlar

• Elektronlar atomlar arasında eşit paylaşılmazsa, kovalent bağı kutuplu kovalent bağ olarak adlandırılır.
• Elektronların eşit olmayan paylaşımı, daha elektronegatif olan atomun kısmi bir negatif yüke, daha elektropozitif olan atomun da kısmi bir pozitif yüke sahip olmasına yol açar.

Elektronegatiflik

• Elektronegatiflik (EN), bir atomun diğer atomlarla yaptığı bağda elektronları çekme eğilimidir.
• Elektronegatiflik, iyonlaşma enerjisi ve elektron ilgisi ile ilgilidir.

Lewis Yapıları Yazımı

• Bir Lewis yapısında kullanılan tüm değerlik elektronlarının gösterilmesi gerekir.
• Genellikle, bir Lewis yapısındaki elektronlar çiftlenir.
• Hidrojen atomları iki dış kabuk elektronuna sahiptir.
• Bazen kovalent bağların çifti veya üçlü bağlar vardır.
• Çift veya üçlü bağlar, genellikle C, N, O, P ve S atomu gibi atomlar arasında oluşur.

Rezonans

• Özünde, rezonans, birden fazla geçerli Lewis yapısı ile ifade edilebilen molekülleri analiz etmenin bir yoludur.

İyonik Bağ

• Elektronlar, değerlik kabukları arasında aktarıldığında, iyonik bağ oluşur; bu bağlar iyonlar arasında elektrostatik çekim kuvveti yoluyla oluşur.
• İyonik bileşikler tuz, kristal adı verilen katı maddelerden oluşur.
• İyonik bağ yapan elementlerin arasındaki elektronegatiflik farkı genellikle 2'den büyüktür.
• HCl ve CaCl2 gibi iyonik bileşikler, tuzlar ve kristaller olarak örneklendirilmektedir.

İyonik Bileşiklerin Özellikleri

• Oda sıcaklığında (22 °C) katı maddelerdir.
• Yüksek erime noktalarına sahip katı maddelerdir.
• Gaz halinde veya çözünmüş halde elektrik iletkenliği yoktur.
• Sıvı durumda veya suda çözündüğünde elektrik iletkenliği vardır.

Kovalent Bağ

• Elektronlar, iyonik bağda olduğu gibi aktarılamaz; yerine değerlik elektronları paylaşılır.
• Kovalent bağlar, iki ametal arasında meydana gelir.
• Kovalent bileşikler, özellikle karbon, azot, oksijen, klor gibi elementlerden moleküllerdir.
• Kovalent bağ yapan atomlar arasındaki elektronegatiflik farkı genellikle 2'den küçüktür.

Çoğul Kovalent Bağlar

• Birden fazla elektron çifti paylaşıldığında oluşan bir kovalent bağ.

Periyodik Cetvel Giriş

• Elementler, artan atom numaralarına göre listelenir ve yatay sıralar adı verilen periyodik tabloda düzenlenir.
• Benzer kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip elementler, grup veya aileler adı verilen dikey gruplarda toplanır.
• Örneğin, sodyum ve potasyum, 1. grupta (alkali metaller) yer alır ve benzer özelliklere sahiptir. Klor, 17. grupta (halojenler) bulunur.
• Elementler, sembollere, atom numaralarına ve kütlelerine göre yerleştirilir.
• Bilim insanları, birbiriyle benzerlik gösteren elementler bulmak için tabloları kullandılar; böylelikle benzer özelliklere sahip elementleri bir araya getirebilirler.

Periyodik Tablo Özellikleri

• Elementler, artan atom numaralarına göre, soldan sağa ve yukarıdan aşağıya doğru düzenlenir.
• Metaller (genellikle parlak ve elektrik iletkeni), periyodik tabloda genellikle sol tarafa gruplandırılır.
• Ametaller (genellikle mat ve elektrik yalıtkanı), periyodik tabloda genellikle sağ tarafa gruplandırılır.
• Metaloidler (hem metalik hem de ametalik özelliklere sahip), periyodik tabloda genellikle metaller ve ametaller arasında yer alır. Metallerin özelliklerini yansıtmayan ametaller gibi davranabilirler.

Mol Kavramı ve Avogadro Sabiti

• Mol, belirli bir madde miktarını belirlemek için kullanılan SI birimidir.
• Avogadro sabiti, bir moldeki temel parçacıkların (atomlar, moleküller vb.) sayısını temsil eden bir sabittir. Avogadro sabiti yaklaşık 6.022 x 10^23 parçacıktır.
• Bir mol karbon-12'nin kütlesi 12 gram'dır.
• Her elementin bir molü farklı kütlelere sahiptir.

Kimyasal Hesaplamalar

• SI birimleri, kimyasal uygulamalarda yaygın olarak kullanılan birimlerdir.
• SI birimlerinin yanı sıra, başka birimler de hesaplamalarda kullanılabilir ve bunlar arasında dönüşüm faktörleri kullanılarak gerekli dönüşümler yapılabilir.
• Problem çözme, hedeflenen miktarların ve birimlerin, başlangıç miktarlarının ve birimlerinin ve dönüşüm faktörlerinin belirlenmesi gerektiği anlamına gelir.

Kütle

• Kütle, bir cisme uygulanan ağırlıktır.
• İki kurala dayanmaktadır:
• Cismin kütleleri, doğrudan orantılıdır (m ve W).
• W, kütleye doğrudan orantılıdır (W = m × g).

Yoğunluk

• Yoğunluk, maddenin bir özelliktir.
• Yoğunluk, bir maddenin kütlesini cismine ait hacmine böldüğünüzde bulunur.
• Yoğunluk genellikle kütle ve hacmin birimleri cinsinden hesaplanır (gr/santimetreküp (cm^3) veya gr/mililitre (mL)).
• D=m/V

Mol Kavramı ve Avogadro Sabiti

• Mol, maddenin miktarını belirtmek için kullanılan bir ölçü birimidir ve Avogadro sabiti, bir moldeki temel parçacıkların sayısını belirler.
• Bir mol, 12 gr karbon-12'deki atom sayısına eşit sayıda atom, iyon veya moleküler parçacık sayısıdır.
• Avogadro sayısı, 6.022 x 10^23 olarak ifade edilir.

Kimyasal Bileşiklerin Bileşimi

• Bir kimyasal formül, bir bileşikteki elementlerin kütle oranlarını ve relative bileşenlerinin sayısını gösterir.
• Bir formüle dayanarak mol kütlesini belirlemek için kullanılan formüllerin birkaç örneği mevcuttur.

Bileşik Formülleri Oluşturma

• Bir bileşiğin deneysel olarak belirlenmiş bileşimini kullanarak formül oluşturma sürecinin anlatıldığı bir denklem gösterilmektedir.

Periyodik Tabloya Giriş

• Periyodik tablonun düzenlemesi, elementlerin atomik numaralarına göre sıralanması ve benzer kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip elementlerin gruplar veya aileler (yani, dikey sütunlar) olarak düzenlenmesidir.
• Elementler, her biri benzer özellikler gösteren farklı gruplara (ör. alkali metaller) veya ailelere ayrılmıştır.
• Tablonun yatay sıralarına (periyotlara) göre elementleri doğru bir şekilde yerleştirmek için, periyodik tabloda yer alan elementlerin atomik özelliklerine ve özelliklerine bakmak gerekir.

Periyodik Tablodaki Elementlerin Özellikleri

• Elementlerin çoğu metallerdir, bu maddeler genellikle parlak veya parlak, dövülebilir (inceltilebilir), tel haline getirilebilir (uzatılıbilir) ve ısı ve elektriği iyi iletirler.
• Ametaller, metallerin zıt özelliklerine sahiptir; bu nedenle genellikle mat, iletken olmayan, dövülebilir veya tel haline getirilemeyen katıdırlar; ama bazıları gazdır.
• Metaloidler hem metalik hem de ametalik özellikler gösterir; bu nedenle özellikleri hem metallerin hem de ametallerin arasında yer alır. Elementler genellikle sembolleri (örneğin, H için Hidrojen), atomik numaraları (yani, hangi elementin olduğuna dair bir dizi sayı), atomik kütlesi (atom başına gramlık birim) ve yapısal bilgileri içeren kareler şeklinde sıralanır.

Radyoaktiflik

• Radyoaktiflik adı verilen doğal bir olaydır.
• Doğal radyoaktiflik, belli element ve izotopların hızla bozunduğu bir süreçtir.
• Birçok radyoaktif malzeme (örneğin, uranyum) doğal olarak oluşur.
• Radyoaktiflik, radyoaktif elementlerin atomlarının kararsız çekirdekleriyle ilişkilidir.
• Radyoaktif bozunma, bir atom çekirdeği radyasyonu yaydığında veya bozunduğunda meydana gelir.
• Alfa, beta ve gama radyasyonu, radyoaktif bozunma örnekleridir.

Radyasyon ve Radyoaktif Bozunma

• Radyoaktif bozunma, kararsız çekirdeğin daha kararlı bir şekle dönüştüğü olaydır.
• Radyoaktif bozunmanın üç temel tipi vardır: alfa, beta ve gama radyasyonu.
• Bunlardan, alfa radyasyonu, helyum çekirdeğinin emisyonudur; beta radyasyonu, elektron veya pozitron emisyonudur; gama radyasyonu ise yüksek enerjili bir elektromanyetik radyasyondur.
• Radyoaktif bozunma, kararlı bir parçacık elde etmek için bir elementin parçalanma oranını temsil eden yarı ömür kavramıyla incelenir.

Alfa Radyasyonu

• Alfa parçacıkları, bir helyum çekirdeğiyle aynı bileşime sahiptir.
• Sembolü, ⁴₂He veya α'dır.
• Yükü +2'dir.
• Kütlesi 4 atomik kütle birimidir (amu).
• Enerjisi yaklaşık 5 megaelektronvolt (MeV)'tur.
• Nüfuz gücü düşük, bu nedenle 0,05 mm'lik bir vücut dokusunu kolayca geçebilir.
• Korunma için kağıt, kumaş gibi malzemeler yeterlidir.
• Alfa radyasyonunun çekirdek denkleminde bir değişikliğe yol açan kütle ve atom numarası değişiklikleri göstermektedir.

Beta Radyasyonu

• Beta parçacıkları, bir elektron veya pozitronla aynı bileşime sahiptir.
• Sembolü, ⁰₋₁e veya β⁻ veya ⁰₊₁e veya β⁺ 'dır.
• Yükü -1 veya +1'dir.
• Kütlesi yaklaşık olarak 1/1837 atomik kütle birimidir (amu).
• Enerjisi yaklaşık 0,05-1 MeV'tur.
• Nüfuz gücü orta, bu nedenle 4 mm'lik bir vücut dokusunu kolayca geçebilir.
• Korunma için metal folyo yeterlidir.
• Beta radyasyonunun çekirdek denkleminde bir değişikliğe yol açan kütle ve atom numarası değişiklikleri göstermektedir.

Gama Radyasyonu

• Gama ışınları, yüksek enerjili elektromanyetik radyasyondur.
• Sembolü γ'dir.
• Yükü 0'dır.
• Kütlesi 0'dır.
• Enerjisi yaklaşık 1 MeV'tur.
• Nüfuz gücü yüksek, bu nedenle vücut dokusunu kolayca geçebilir.
• Korunma için kurşun, beton gibi malzemeler gerekir.
• Gama radyasyonunun çekirdekte bir değişikliğe yol açmadığını fark etmek önemlidir.

Yarı Ömür

• Yarı ömür, bir radyoaktif izotopun bozulma oranının tanımlanması için kullanılan bir kavramdır.
• Bir radyoaktif maddenin yarı ömrü, maddenin miktarını yarıya düşürmek için gereken süredir.
• Her radyoaktif maddenin kendine özgü bir yarı ömrü vardır.

Nükleer Fisyon

• Nükleer fisyon, bir atomun çekirdeğinin iki veya daha fazla küçük parçaya bölünmesidir.
• Bu reaksiyonda enerji açığa çıkar.
• Nükleer reaktörler, zincirleme reaksiyonların kontrollü bir şekilde gerçekleşmesini sağlar.
• Kontrollü fisyonda nötronların hızı düşürülür ve fazla nötronlar emilip uzaklaştırılır; bu, reaksiyon hızını azaltır.

Nükleer Füzyon

• Nükleer füzyon, iki hafif atom çekirdeğinin birleşmesiyle oluşan bir reaksiyondur ki bu da tek bir daha ağır çekirdek oluşturur.
• Bu reaksiyonlarda da enerji açığa çıkar.
• Füzyon, yıldızlarda enerji üretimi için ana mekanizmadır; hidrojen bombalarında da kullanılır.
• Füzyon, zincirleme reaksiyonlara göre daha kontrollü bir şekilde ve daha az radyoaktif atık üreterek düzenlenebilir.

Kimyasal Reaksiyonlar vs. Nükleer Reaksiyonlar

• Kimyasal reaksiyonlar, elektronların düzenlenmesini ve molekül oluşumunu içerir.
• Nükleer reaksiyonlar, atom çekirdeğinin bozulmasını içerir ve çok daha büyük enerji değişiklikleriyle sonuçlanır.
• Nükleer reaksiyonlarda reaksiyon hızı, kimyasal olaylardakine göre değiştirilemez.

Kararlılık

• Kararlı bir çekirdeğin varlığı, elektronların çekirdekten gelen kuvvet karşıtlıklarıyla ilgilidir.
• Atomlar, kararsız çekirdekler için çekirdek kuvvetine dayanır (yani, onu birbirine bağlayan protonlar ve nötronlar) ve kararsız çekirdekler bozunarak daha kararlı bir parçaya dönüştürülür.
• Kararlı çekirdeklerin nötron/proton oranları, artan atom numarasıyla birlikte artar.
• Atom numarası 84'ten büyük olan çekirdekler, genellikle radyoaktiftir.