Genel Kimya Prensipleri ve Modern Uygulamaları PDF

Genel Kimya Prensipleri ve Modern Uygulamaları Petrucci Harwood Herring 8. Baskı Bölüm 3: Kimyasal Bileşikler  İçindekiler 3-1 Molekül Bileşikler ve İyonik Bileşikler 3-2 Molekül Kütlesi 3-3 Kimyasal Bileşiklerin Bileşimi 3-4 Yükseltgenme Basamakları...

Genel Kimya Prensipleri ve Modern Uygulamaları Petrucci Harwood Herring 8. Baskı Bölüm 3: Kimyasal Bileşikler  İçindekiler 3-1 Molekül Bileşikler ve İyonik Bileşikler 3-2 Molekül Kütlesi 3-3 Kimyasal Bileşiklerin Bileşimi 3-4 Yükseltgenme Basamakları 3-5 Organik ve Anorganik Bileşikler 3-6 Anorganik Bileşiklerin Adları ve Formülleri 3-7 Organik Bileşiklerin Adları ve Formülleri  Bağ kavramı Kimyasal bileşiklerde atomları bir arada tutan kuvvetlere bağ denir. Kovalent Bağ: Ametaller arasında gerçekleşen, elektronların ortaklaşa kullanıldığı ve moleküler yapıdaki bileşiklerin meydana geldiği bağdır. H2O, O2, HCI, NH3  3-1 Molekül Bileşikler Molekül bileşik; yapısında bağımsız moleküller içeren bileşiktir ve molekülde az sayıda ametal atomları kovalent bağlarla bir arada tutulurlar. Molekül yapısında bileşiği göstermek için, kimyasal formül kullanırız. Kimyasal formül simgelerle gösterilir ve formül bileşikte bulunan elementleri her bir elementin bağıl atom sayısını belirtir. İki element H2O Alt indis yok ise, her bir molakül başına bir tane oksijen atomu Her bir molakülde 2 H atomu Kaba Formülü: Bir bileşik için en basit formüldür; bileşikteki atomları ve bunların bağıl sayılarını gösterir. Kaba formüldeki indisler en basit tamsayı oranı olarak verilir. Formaldehit CH2O Asetik Asit CH2O Glukoz CH2O Molekül Formülü: Bileşiğin gerçek formülüdür. Bazı durumlarda kaba ve molekül formülleri aynıdır. Diğer durumlarda, molekül formülü kaba formülün katlarıdır. Formaldehit CH2O Asetik Asit C2H4O2 Glukoz C6H12O6  Bileşiklerin Formül Çeşitleri Yapı formülü; bir moleküldeki atomların birbirlerine hangi bağ türleriyle nasıl bağlandıklarını gösterir. Kovalent bağlar « » ile gösterilir. « » ikili kovalent bağ denir. H O I II H-C-C-O-H | H Yoğunlaşmış Yapı formülü; Atomların farklı bağlanma şekilleri formülden görülebilir ve tek bir satırda yazılır. CH3COOH veya CH3CO2H Molekül Modeli; Moleküllerin üç boyutlu yapılarını göstermeye yarar. Top-çubuk molekül modeli Uzay-dolgu molekül modeli Standart Renk Şeması  Bazı Moleküller H2O2 CH3CH2Cl P4O10 CH3CH(OH)CH3 HCO2H  İyonik Bileşikler Bir metal ve ametalin kimyasal olarak birleşmesi bir iyonik bileşik verir. İyonik Bileşik: Pozitif ve negatif iyonlarının elektrostatik çekim kuvveti ile bir araya gelmesinden oluşur. Metal atomları ametal atomları ile birleştiği zaman, bir ya da daha fazla elektron kaybetme, ametal atomları da bir ya da daha fazla elektron alma eğilimindedirler. Bunun sonucu, metal atomu pozitif iyon (katyon) ve ametal atomu negatif iyon (anyon) haline gelir.  Sodyum Klorür Formül birimi NaCl’dir.  İyonik Bileşikler Formül birimi; bileşikte iyonların en küçük oranını belirtir. Bağımsız bir birim değildir. Formül birimindeki atomların (iyonların) oranı kimyasal formüllerindeki oran ile aynıdır. Tek atomlu iyonlar; Na+, Mg+2, Cl- Çok atomlu iyonlar; SO4-2,NO3-  Anorganik Moleküller Bazı elementlerde atomlar bir araya gelerek moleküller oluştururlar. Böyle elementler bir moleküller topluluğudur. Bazı element molekülleri : H2 O2 N2 F2 Cl2 Br2 I2 P4 S8  Mol Kütlesi Bir bileşiğin kimyasal formülü bilindiğinde, formül kütlesi kolayca tayin edilebilir. Formül kütlesi: Bir formül biriminin atom kütle birimi cinsinden kütlesidir. Molekül kütlesi: Atom kütle birimi cinsinden bir molekülün kütlesidir. H2O molekül kütlesi: 2 (H’nin atom kütlesi) + (O’nin atom kütlesi) =2 (1,00794 akb) + (15,9994 akb) = 18.0153 akb MgCl2 formül kütlesi= (Mg’un atom kütlesi) + 2 (Cl’nin atom kütlesi) = 24,305 akb + 2(35,453 akb) = 95,211 akb Mg (NO3)2 formül kütlesi = (Mg) + 2[(N) + 3 (O)] = 24,305 akb + 2[(14,0067) + 3 (15,9994) akb] = 148,3148 akb  Bileşiğin Molü Mol Kütlesi: Molekül yapısında bileşiğin bir mol molekülünün yada iyonik bileşiğin bir mol formülünün kütlesidir. 1 mol H2O = 18,0153 g H2O = 6,02214 x 1023 H2O molekülü 1 mol MgCl2 = 95,211 g MgCl2 = 6,02214 x 1023 MgCl2 formül birimi 1 mol Mg (NO3)2 = 148,3148 g Mg (NO3)2 = 6,02214 x 1023 Mg (NO3)2 formül birimi Soru: 0,1 mg MgCl2 örneğindeki MgCl2 formül birimi sayısı ve iyonların toplam sayısı kaçtır? Soru: 1 µL’lik bir C2H6S örneğinde kaç molekül vardır? d= 0,84 g/mL  Kimyasal Bileşim Halotan C2HBrClF3 Mol oranı nC/nhalotan Kütle oranı mC/mhalotan M(C2HBrClF3) = 2MC + MH + MBr + MCl + 3MF = (2 x 12,01) + 1,01 + 79,90 + 35,45 + (3 x 19,00) = 197,38 g/mol  Kimyasal formülden Kütle Bileşiminin Hesaplanması  Bileşiğin Mol kütlesi hesaplanır.  Her elementin bileşiğin mol kütlesine yaptığı katkı bulunur.  Bileşikteki her bir elementin kütlesinin formül kütlesine oranı bulunur.  Bulunan oran 100 ile çarpılarak elementin kütlece yüzdesi bulunur. ü × ü ü % = × %100 şğ ü Soru: Bir hidrokarbon olan dekanın, C10H22, kütlece % bileşimini hesaplayın. Soru : Kimyasal formülü C10H16N5P3O13 olan Adenozin trifosfatın kütlece yüzde bileşimi nedir?  Bir Bileşiğin Deneysel Olarak Bulunan Yüzde Bileşiminden Formülünün Bulunması 1. Elimizdeki örneğin tam 100 g olduğu varsayılır. 2. 100 g örnekteki kütleler mollere çevrilir. 3. Bulunan mol değerlerine uyan formül yazılır. 4. Bulduğumuz sayıları en küçüğüne bölerek indisler tam sayı haline getirilir. 5. Bu noktada indisler tam sayılardan çok az farklı ise bu rakamları tam sayıya yuvarlanır. Bir veya daha fazla indis tam sayılı değilse, bütün indisleri tam sayı yapacak küçük bir tam sayı ile çarpılır. Örnek 3-5 Bir Bileşiğin Kaba ve Molekül Formüllerinin Yüzde Bileşimlerinden Bulunması Dibütil süksinat ev karıncaları ve hamam böceklerine karşı kullanılan bir böcek kovucudur. Bileşimi %65,58 C, %9,63 H ve %27,79 O’dir. Deneysel olarak bulunan molekül kütlesi 230 akb’dir. Dibütil süksinatın kaba ve molekül formüllerini bulunuz. 1.Basamak: 100,0 g örnekteki elementlerin kütlelerini belirleyiniz. 62,58 g C, 9,63 g H, 27,79 g O Örnek 3-5 2.Basamak: Bütün bu kütleleri mole çeviriniz. 1 mol C nC  62.58 g C   5.210 mol C 12.011 g C 1 mol H nH  9.63 g H   9.55 mol H 1.008 g H 1 mol O nO  27.79 g O   1.737 mol O 15.999 g O 3.Basamak: Bulduğunuz mol sayılarına göre geçici bir formül yazınız. C5,21H9,55O1,74 4.Basamak: Geçici formüldeki her bir sayıyı en küçüğüne bölünüz. C2,99H5,49O Örnek 3-5 5.Basamak: Bütün sayıları tam sayı yapmak için, indisleri uygun bir tamsayı ile çarpınız. Burada 2 ile çarpmamız gerekir: C5.98H10.98O2 Kaba Formülü C6H11O2’dir. 6.Basamak: Molekül formülünün belirlenmesi. Kaba formülün kütlesi 115 akb. Molekül formülün kütlesi 230 akb. Molekül formülü C12H22O4’dir. Soru: Bileşimi %94,34 C ve % 5,66 H olan bileşiğin molekül kütlesi 178 g/mol’dür. Bu bileşiğin kaba ve molekül formülünü bulunuz. Soru : Kot pantolonların boyası olan indigo, %73,27 C, % 3,84 H ve %10,68 N ve oksijen içeriyor. Molekül kütlesi 262 akb olan bu ilacın kaba ve molekül formülü nedir? Soru : Klor içeren uyuşturucu bir ilaç, klor dışında %21,51 C, % 2,22 H ve %17,64 O içeriyor. Molekül kütlesi 726 g/mol olan bu ilacın kaba ve molekül formülü nedir?  Yakma Analizi Oksijen gazı analiz edilecek örneği içeren yanma tüpünden geçer. Düzeneğin bu kısmında yüksek sıcaklık fırını vardır. Yanma ürünleri fırını terk ederken tutulurlar. Su buharı magnezyum perklorat ve CO2 gazı NaOH (Na2CO3 verir) tarafından tutulurlar. Yakmadan önce ve yakmadan sonra tutucuların kütlelerinin farkı, yakma tepkimesinde oluşan H2O ve CO2’nin kütlelerini verir.  Yakma Analizi (CH3CH2OH)  Yakma Analizi Yakmadan önce Yakmadan sonra CxHyOz xCO2 O2 y/2 H2O CxHyOz + (x+y/2) O2 xCO2 (g) + (y/2)H2O(g) Soru: 0,200 g C vitamini yakıldığında 0,2998 g CO2 ve 0,0819 g H2O oluştuğuna göre, C vitaminin % bileşimi ve kaba formülü nedir?  3-4 Yükseltgenme Basamakları Metaller elektron Ametaller elektron vermeye almaya yatkındır. yatkındır. Na Na+ + e- Cl + e- Cl- İndirgen Yükseltgen Yükseltgenme Basamağı: Bir atomun bileşiklerinde verdiği, aldığı ya da bağ yapmakta kullandığı elektron sayısına yükseltgenme basamağı denir.  Yükseltgenme Basamaklarını Belirlemek İçin Gereken Kurallar 1. Serbest element atomunun yükseltgenme basamağı (Y.B.) 0’dır. Fe, Cl, Cl2, O2, He, N2 2. Tüm atomların yükseltgenme basamaklarının toplamı; i. Serbest atomlar, moleküller ve formül birimleri gibi nötür türlerde 0’dır. CH3COOH, NaCl, Mg(NO3)2 ii. Bir iyonda iyonun yüküne eşittir. Fe(CN)63-, SO42- 3. Grup 1 metallerinin bileşiklerinde Y.B. +1 ve Grup 2 metallerinin ise +2’dir. K2CO3, MgSO4 4. Bileşiklerinde florun Y.B. daima -1’dir. HF, ClF3, SF6 Yükseltgenme Basamaklarını Belirlemek İçin Gereken Kurallar 5. Bileşiklerinde hidrojenin Y.B. genellikle +1’dir. HF, NH3, C2H6 6. Bileşiklerinde oksijenin Y.B. genellikle –2’dir. H2O, CO2, KMnO4 7. Metallerle yaptığı ikili bileşiklerde: i. Halojenlerin Y.B. –1, ii. Grup 16 elementlerinin Y.B. –2 ve iii. Grup 15 elementlerinin Y.B. –3’tür. MgBr2, Li2S, Li3N. Örnek 3-7 Yükseltgenme Basamaklarının Belirlenmesi Aşağıda altı çizilmiş elementlerin Y.B.’larını bulunuz ? a) P4; b) Al2O3; c) MnO4- ; d) NaH a) P4 elementtir. P’nin Y.B. = 0 b) Al2O3: O –2’dir. O3 –6’dır. (+6)/2=(+3), Al’nin Y.B. = +3. c) MnO4-: net Y.B. = -1, O4 –8’dir. Mn’nin Y.B. = +7. d) NaH: net Y.B. = 0, Na’un Y.B. = +1’dir ve H’nin Y.B.= -1. Soru: Altı çizili atomların yükseltgenme basamaklarını bulunuz. Al2O3 S8 MnO4- SF4 FeO42- S2O32- O2F2 BaO2 H2O2 H2CO3 CrO42- HSO4- PO43- CH4  Bileşiklerin İsimlendirilmesi Bileşikleri adlandırmada büyük bir karışıklığa meydan vermemek ve imkansızı başarmaya çalışmamak için, bir adlandırma sistemine gereksinim vardır. Çeşitli adlandırma sistemleri bulunmakla birlikte, biz daha çok “Organik Bileşikler” ve “Anorganik Bileşikler’i kullanırız.  Anorganik İsimlendirme Metal ve Ametallerin İkili Bileşikleri NaCl = sodyum klorür Yük olarak nötr Metalin adını “ür” eki getirilir değiştirmeden MgI2 = magnezyum iyodür Al2O3 = aluminyum oksit Na2S = sodyum sülfür KCl Potasyum klorür CaH2 Kalsiyum hidrür Al2S3 Alüminyum sülfür MgBr2 Magnezyum bromür BaF2 Baryum florür  Kimyasal Bileşiklerin Adlandırılması Değişken yüklü metal ; Metal (yb) + Ametal + -it / -ür (-ide) CuS Bakır (II) sülfür CuCl Bakır(I) klorür SnF4 Kalay (IV) florür PbCl2 Kurşun (II) klorür FeO Demir(II) oksit Fe2O3 Demir(III) oksit CrBr3 Krom(III)bromür Aynı iki elementi farklı oranlarda içeren ikili bileşiğin adlandırılması ; Eski bir yöntemdir. Yeterli değildir. Metal (yb küçük olanın)-öz + Ametal + -it / -ür Metal (yb büyük olanın)-ik + Ametal + -it / -ür Cu2O kupröz oksit CuO kuprik oksit FeCl2 ferröz klorür FeCl3 ferrik klorür İki Ametalin İkili Bileşikleri; metal-ametal gibi adlandırılır. + y.b si olan ametal hem formül yazımında hem de adlandırmada önce yazılır. Bazı ametal çiftleri birden çok bileşik yaparlar ve adları Önekler farklıdır. Atomların bağıl sayıları Yunanca öneklerle belirtilir. 0,5 hemi- İkinci elemente -it / -ür (-ide) eklenir. 1 mono- CO karbon monoksit PCl3 fosfor triklorür 2 di- CO2 karbon dioksit PCl5 fosfor pentaklorür 3 tri- BCl3 bor triklorür SF6 kükürt hekzaflorür 4 tetra- SO2 kükürt dioksit 5 penta- SO3 kükürt trioksit 6 hekza- 7 hepta- NO azot monoksit 8 okta- NO2 azot dioksit 9 nona- N2O diazot monoksit 10 deka- N2O3 diazot trioksit 11 undeka- N2O4 diazot tetroksit 12 dodeka- N2O5 diazot pentoksit İkili Asitler Saf asit Sulu Çözeltisi Hidrojen + ametal + -ür hidro + ametal, -ik, asit HCl hidrojen klorür hidroklorik asit HI hidrojen iyodür hidroiyodik asit HBr hidrojen bromür hidrobromik asit HF hidrojen florür hidroflorik asit H2S hidrojen sülfür hidrosülfürik asit  Çok atomlu iyonlar Çok atomlu anyonda başka metallerle birleşmiş oksijen varsa böyle anyonlara oksianyonlar denir. Anyonlar Katyon nitrat, NO3- fosfat, PO43- Amonyum, NH4+ Nitrit, NO2- Hidrojen fosfat, HPO42- asetat, C2H3O2- Dihidrojen fosfat, H2PO4- Sülfit, SO32- karbonat, CO32- Hidrojen sülfit, HSO3- bikarbonat, HCO3- sülfat, SO42- siyanür, CN- Hidrojen sülfat, HSO42- Hipoklorit, ClO- Tiyosülfat, S2O32- Klorit, ClO2- Okzalat, C2O42- Klorat, ClO3- Permanganat, MnO4- Perklorat, ClO4- hidroksit, OH- Kromat, CrO42- dikromat, Cr2O72-  Oksiasitler H + ametal + ametal (ametallerin biri oksijen)= oksiasit hipo- -it -it -at per- -at En küçük Küçük Büyük En büyük Oksijenli iyonları : ClO- ClO2- ClO3- ClO4- Oksijenli asitleri : HClO HClO2 HClO3 HClO4  Bazı oksi asitler ve Tuzları y.b Asidin Asidin adı Tuzun Tuzun Adı formülü formülü +1 HClO hipokloröz asit NaClO Sodyum hipoklorit +3 HClO2 kloröz asit NaClO2 Sodyum klorit +5 HClO3 klorik asit NaClO3 Sodyum klorat +7 HClO4 perklorik asit NaClO4 Sodyum perklorat +3 HNO2 nitröz asit NaNO2 Sodyum nitrit +5 HNO3 nitrik asit NaNO3 Sodyum nitrat +4 H2SO3 sülfüröz asit Na2SO3 Sodyum sülfit +6 H2SO4 sülfürik asit Na2SO4 Sodyum sülfat CH3COOH Asetik asit CH3COONa Sodyum asetat H2CO3 karbonik asit Na2CO3 Sodyum karbonat H3PO4 fosforik asit Na3PO4 Sodyum fosfat Üç Elementli Bileşikler Fe2(SO4)3 demir (III) sülfat Ag2CO3 gümüş karbonat Hidratlı Bileşikler CaSO4·2H2O kalsiyum sülfat dihidrat CoCl2·6H2O kobalt(II) klorür hekzahidrat CaSO4·½H2O kalsiyum sülfat hemihidrat Soru: Aşağıdaki formülleri verilen bileşikleri adlandırınız, adları verilenleri ise formüllendiriniz. ZnS Demir(III)oksit Cr2O3 Kobalt(II)nitrat (NH4)2HPO4 Amonyum dikromat N2O5 Sodyum hidrojen sülfit I2Cl6 Diazot tetraoksit HNO3 Karbon disülfür KClO4 Kalay (IV) oksit CuSO4 Alimünyum sülfat CaCl2 Potasyum fosfat Na2SO3 Sodyum nitrit SF4 Baryum hidroksit Hidratlar Soru: 8,129 g MgSO4.XH2O örneği, ısıtılıyor ve bünyesindeki tüm su uzaklaştırılıyor. Kalan susuz MgSO4 3,967 g olduğuna göre, Hidratın formülünü bulunuz.  Organik Bileşiklerin Adlandırılması Sadece karbon ve hidrojen içeren bileşiklere hidrokarbonlar denir. Sadece tekli bağlar içeren hidrokarbonlar alkanlar olarak isimlendirilir. En basit alkan metandır. CnH2n+2 şeklinde gösterilir. Burada "n" alkan bileşiğinde karbon sayısıdır. Kök (ya da ön ek) C (Atomlarının Sayısı) Met- 1 Et- 2 Prop- 3 But- 4 Pent- 5 Heks- 6 Hept- 7 Okt- 8 Non- 9 Dek- 10  Alkanlar, -an Metan Etan Tekli bağlar Propan Karbon atomları arasında bir ya da daha fazla ikili bağ olan hidrokarbon molekülleri alkenler olarak isimlendirilir. En basit alken etendir. CnH2n şeklinde gösterilir. Alkenler, -en Molekülde ikili bağ varsa Eten (Etilen) Karbon atomları arasında bir ya da daha fazla üçlü bağ olan hidrokarbon molekülleri alkinler olarak isimlendirilir. En basit alkin etindir. CnH2n-2 şeklinde gösterilir. Alkinler, -in Molekülde üçlü bağ varsa Etin Benzen molekülü altı karbon atomu altıgen halkada düzenlenmiş bir moleküldür. Benzen yapısı içeren bileşikler bilinen organik bileşiklerin çok büyük bir kısmını oluşturur. Benzen Aynı molekül formüllü, ancak uzayda farklı atom düzenlenmesine sahip olan moleküllere izomerler denir. Fiziksel ve kimyasal özellikleri farklıdır. Bütan C4H10 Metil propan C4H10 Fonsiyonel Gruplar – Karboksilik Asit Fonksiyonel Gruplar - Alkoller