Yazar: hakan

Havadan azot elde eden endüstriyel bir tesiste sabit sıcaklıkta 5000 L hacimli bir tankta 1 atmosfer basıncındaki hava 20 atmosfer basınca getirildiğinde toplanan havanın hacmi kaç L olur?

 

Birçok alanda kullanılan oksijen azot elementleri havadan elde edilmektedir. Soluduğumuz havanın içerisinde %99’a varan oranlarda azot ve oksijen bulunmaktadır. Bilim adamları günümüze kadar bunları ayrıştıracak yöntemler üzerinde çalışmıştır. Şu an kullanılan yöntem ise claude(klod) adı verilen yöntemdir ve aşamaları şu şekildedir:

 

• İlk aşamada belirli bir alana alınan hava atmosfer basıncının yaklaşık olarak 40 katı büyüklüğünde bir basınç ile sıkıştırılır.
• Kullanılan aletlerde bulunan azot ünitesi yaklaşık -200 dereceye kadar soğutulur. Her maddenin yoğunlaşma ve kırağılaşma sıcaklıkları farklı olduğundan bu işlem sonucunda azot ve oksijen elementleri sıvı hale geçer. Karbondioksit ve su bileşikleri ise kırağılaşma olayı ile katı hale geçmiş olur. Bu katı maddeler sistemden ayrılır ve geriye yalnızca oksijen ve azot kalır.
• Bu aşamada ise oksijen ve azot elementlerinin genleşmesine olanak tanınır.
• Azot -196 derece kaynama noktasına sahipken oksijen -183 derecede kaynar. İki element aynı kaba alınarak -196 dereceye kadar soğutulur. Bu sıcaklığa ulaşıldığında azot kaynayarak gaz hale geçer ve oksijen sıvı halde kalmaya devam eder. Bu sayede her iki element de ayrılmış olur.

 

Yukarıda soruya göre sıcaklık sabit olarak belirtilmiştir. Bu sayede P.V=n.R.T formülünde n, R ve T ifadeleri sabit olarak kalır. Yalnızca basınç ve hacim değişikliği yapıldığından P₁.V₁=P₂.V₂ formülünü kullanarak sonuca kolaylıkla ulaşabiliriz.

İlk durumda 1 atm basınç ve 5000 L hacim

İkinci durumda ise 20 atm basınç x L hacim olarak alırsak;

1.5000=20.x ifadesini elde ederiz x ise buradan 250 L olarak bulunur.

Esnek bir balonda bulunan gazın sıcaklığı artırıldığında basınç değişimi nasıl olur?

 

Bir kapta bulunan gazın sıcaklığı artırıldığında taneciklerinin sahip olduğu hız ve kinetik enerji de artacağından hacmi artış gösterir. Bu hacim, sıcaklık ve basınç arasında bulunan ilişki Gay-Lussac kanunu olarak da adlandırılan P.V=n.R.T ilişkisi ile de bulunabilir. Bu ilişkide yer alan kavramların anlamları ise şu şekildedir:

 

P: Gazın sahip olduğu basıncın değeridir. Birimi atmosfer olarak alınmalıdır ve kısaltılması atm’dir.

V: Gaz taneciklerinin sahip olduğu toplam hacim miktarıdır. Birimi litredir. Diğer birimlerde verilen miktarlar litreye dönüştürülmelidir.

n: Maddenin içerisinde bulunan taneciklerin mol sayısını ifade eder. 6,02×10²³ adet tanecik bir mol olarak adlandırılır.

R: Gaz sabiti olarak adlandırılır ve her koşulda aynı değere sahiptir. Bu değer 0,082 olarak kullanılacağı gibi 22,4/273 olarak da kullanılabilir.

T: Gaza uygulanan toplam sıcaklık değeridir. Birimi Kelvin olarak kabul edilir. C+273 formülü ile diğer birimlerde verilen sıcaklık değerleri kolay bir şekilde Kelvine çevrilebilir.

 

Yukarıdaki bağlantıdan yola çıkarak sıcaklık ile basıncın doğru orantılı olduğu sonucuna varabiliriz. Bunun en önemli sebebi ise sıcaklık ile gaz taneciklerinin artan kinetik enerjisi sayesinde bulunduğu kabın çeperlerine daha hızlı çarpacaktır. Bu da uygulanan basıncın artmasına anlamına gelmektedir. Tam tersi durumda da taneciklerin hızı azalacak ve uyguladıkları basınç da aynı oranda azalacaktır.

 

Bu ilişkiden yararlanılan bir alan ise yarış arabası lastikleridir. Yarışacak olan araçların lastikleri diğer araçlara oranla daha az şişirilir. Bunun nedeni ise hızlı gidilmesi sonucunda lastik içerisinde bulunan hava ısınarak basıncı artacaktır. Tam şişirildiğinde bu artan basınç lastiklerin patlamasına neden olacaktır.

 

Soruda verilen esnek balon ısıtıldığında ise gazın basıncı artacak ve balonun daha fazla şişmesine neden olacaktır.

Cam veya çelik kapta bulunan gazın sıcaklığı artırıldığında hacminde değişiklik olur mu? Nedenini açıklayınız.

 

Maddenin halleri arasında bulunan gazlar tanecikleri arasında yer alan fazla boşluktan dolayı düzensiz bir yapıya sahiptir ve belirli hacme sahip değildir. Sıkıştırılabilir olmasında dolayı ise konuldukları kabın şeklini kolaylıkla alabilirler. Bu kap esnek bir yapıya sahip ise artan hacminden dolayı o kap içerisinde büyüyebilir ancak sert yapıya sahip olan kaplar için aynı şey söz konusu değildir.

 

Gazların sahip oldukları hacim sıcaklık ve basınca bağlı olarak değişmektedir. Gaz üzerine etki eden basınç artırıldığında daha fazla sıkışır ve hacmi azalır. Sıcaklığı artırıldığında ise içerisinde bulunan taneciklerin kinetik enerjisi aynı oranda artacağından hacim de doğru orantılı olarak artar. Normal koşullar olarak adlandırılan 0 derece sıcaklık ve 1 atm basınçta gazlar 22,4 litre hacim kaplarken; oda koşulları adı verilen 25 derece sıcaklık ve aynı basınç altında 24,5 litre hacim kaplar. Bu örnekten de göreceğimiz üzere basınç sabit tutularak sıcaklık artırıldığında hacim de aynı oranda artış göstermektedir.

 

Basınç ve sıcaklık değeri de değişen bir gazın sahip olduğu hacim P. V=n.R.T orantısı yardımıyla bulunabilir. Bu ifade de yer alan kısaltmaların anlamı ise şu şekildedir:

 

P= Basınç değeri ( atm cinsinden yazılmalıdır). Oda koşullarında bulunan maddelerde 1 olarak alınır.

V= Gazın sahip olduğu hacim değeri (Litre cinsinden yazılmalıdır)

n= Mol sayısını ifade eder.

R= İdeal gaz sabiti olarak adlandırılan 0,082 litre.atm/mol.K ‘dır.

T= Ortamın sabit olduğu sıcaklık değeridir. (Kelvin cinsinden yazılmalıdır.)

 

Yukarıdaki soruda cam veya çelik kapta bulunan gazın sıcaklığı artırıldığında hacimde değişikliğin ne olduğu sorulmaktadır. Bu maddeler esnek bir yapıya sahip olmadığından gazın hacmi artsa dahi aynı şekli alacağından hacimde herhangi bir değişim yaşanmaz.

1 mol gaz normal şartlarda ve standart (oda) koşullarda kaç litre hacim kaplar? Aradaki farkın nedenini yazınız.

 

Günlük hayatımızda çok fazla taneciğe sahip olan maddeler için bazı ifadeler kullanılır. Örnek olarak pirinç, mercimek gibi küçük taneli olan gıdaları satın alırken kilogram ifadesi kullanılır ve kolaylık sağlamaktadır. Bu taneciklerle dahi kıyaslanamayan atom, iyon ve moleküllerin tane sayısı ifade edilirken mol kavramı kullanılmaktadır. Bir mol içerisinde bulunan tanecik sayısı 6,022045.10²³ olarak kabul edilmektedir. İtalyan asıllı bir bilim adamı tarafından bulunan bu sayıya kendi adı verilmiş ve Avagadro sayısı olarak bilinir.

 

Gazlar için de kullanılan bu ifadede aynı mol sayısına sahip gazlar farklı sıcaklık ve basınç altında farklı hacimlere sahiptir. Gazların kendilerine ait belirli şekli ve hacmi bulunmadığından konuldukları kabın şeklini alırlar. Bu hacimleri basınç ile ters orantılıyken sıcaklık ile doğru orantılıdır.

 

Maddenin halleri arasında sıkıştırılabilir özelliğe sahip olan gazlar, dışarıdan basınç uygulandığında kapladığı alan azalır ve hacmi küçülür. Bulunduğu ortamın sıcaklığı artırıldığında ise gaz taneciklerinin hızı ve kinetik enerjisi artar ve bundan dolayı hacimleri artış gösterir. Gazların ortamlara göre sahip oldukları hacim miktarı ise şu şekildedir:

 

• 0 derece sıcaklık ve 1 atm basınca sahip olan ortamlara normal koşul adı verilmektedir. Normal koşullarda 1 mol gaz yaklaşık olarak 22,4 L hacim kaplamaktadır.
• 25 derece sıcaklık ve yine 1 atm basınç bulunan ortamlara ise oda koşulu adı verilmektedir. 1 mol gaz ise oda koşullarında yaklaşık 24,5 L hacme sahiptir.
• Farklı iki gazın aynı sıcaklık ve basınç altında bulunmasına ise eşit şartlar adı verilir. Aynı şartlarda bulunan gazlar ise aynı hacme sahiptir. Bunun en önemli sebebi ise aynı sayıda molekül içermeleridir.

Esnek bir balonda bulunan gazın sıcaklığı artırıldığında esnek balonda nasıl değişme olur? Neden?

 

Maddenin halleri arasında en düzensiz yapıya sahip olan gazlardır. Belirli şekil ve hacimleri bulunmamaktadır. Bulundukları kabın şeklini alırlar. Bir gazın hacme sahip olması için belirli sıcaklık ve basınç olması gerekmektedir. Bu hacim ise basınç ve sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir. Gazın hacminin doğru olarak ölçülebilmesi için bulunduğu ortamın sıcaklık ve basınç değerlerinin bilinmesi en önemli şarttır.

 

1 atm basınç ve 25 derece sıcaklığa oda koşulları adı verilir ve bu ortamda gazlar 24.5L hacim kaplarlar. 1 atm basınç ve 0 derece sıcaklığa ise normal koşullar adı verilir, gazlar bu şartlarda 22,4L hacme sahiptir.

 

Gazların davranışını en çok etkileyen faktör sıcaklıktır. Sıcaklık termometre ile ölçülür, birimi ise Celsius veya Kelvin’dir. Sıcaklığa bağlı olarak gazların değişime ise şu şekildedir.

 

• Gazların sıcaklığı artırıldığında taneciklerinin kinetik enerjisi ve hızı aynı oranda artar.
• Sıcaklık azaltıldığında ise hız ve kinetik enerji aynı oranda azalma gösterir.
• Aynı ortamda ve aynı sıcaklığa sahip olan gazların ortalama kinetik enerjileri eşittir.

 

Sıcaklık ile gazların sahip olduğu hacim doğru orantılıdır. Gaz maddelere etki eden sıcaklık miktarı artırıldığında hacimleri artarken, daha soğuk bir ortama konulduğunda büzüşür ve hacimleri azalır. Bunun en önemli nedeni ise artan sıcaklık ile taneciklerin sahip olduğu kinetik enerjinin artmasıdır. Özet olarak kinetik enerji ile hacim de doğru orantıya sahiptir diyebiliriz.

 

Soruda verilen ifadeye göre esnek balon içerisinde bulunan gazın sıcaklığı artırıldığında taneciklerin kinetik enerjisi arttığı için hacmi de artacaktır. Artan hacim ile balonda daha çok yer kaplayacağından balon daha fazla esnemeye başlayacaktır. Bunun en önemli sebebi ise gazların konulduğu kabın şeklini almasındandır.

Atom numarası 35 olan atom için

 

1. a) Elektron dizilimini yazınız.
2. b) Değerlik orbitalini belirtiniz.
3. c) Değerlik elektronunun sayısını yazınız.
4. d) Periyodik sistemdeki yerini belirtiniz.

 

Bir atom içerisinde elektronların bulunduğu yere periyot adı verilirken, elektronların bulunma ihtimalinin en yüksek olduğu alana ise orbital adı verilir. Her bir orbital üzerinde farklı sayılarda elektron bulundurabilir. Orbital dizilimi yazılan atomun periyodik sistemde bulunduğu grup numarası ve periyodu kolaylıkla tespit edilebilir. Örnek olarak 10 atom numarasına sahip Neon elementinin orbital dizilimi 1s² 2s² 2p⁶ şeklindedir. En yüksek baş katsayısı 2 olduğundan 2. Periyotta, s ve p orbitallerinin toplamı 8 sayısına eşit olduğundan 8A grubunda yer almaktadır diyebiliriz. Soruda verilen elementin atom numarası 35 olduğundan;

 

• Atom numarası 35’e eşit olan Brom elementinin elektron dizilimi 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁵ şeklindedir. Son orbitali d veya f ile bitmediğinden bu element geçiş metalleri arasında yer almaz diyebiliriz. S ve p orbitali ile sonlanan elementler kesinlikle A grubuna aittir.
• Değerlik orbitali bir atom için baş katsayısı en yüksek olan orbitale verilen addır. Baş kat sayısı aynı zamanda bir elementin periyodik cetvelde yer aldığı periyot sayısını da vermektedir. Bu element için baş katsayısı 4’tür ve bu periyotta 4s ve 4p orbitalleri yer almaktadır.
• Değerlik elektron sayısı bir atomun son periyodunda yer alan toplam elektron sayısına verilen addır. Bu kavram aynı zamanda o atomun periyodik cetvelde yer aldığı grup numarasını da vermektedir. Aynı zamanda değerlik orbitallerinde bulunan toplam elektron sayısına da eşittir. Önceki soruda cevap olarak verdiğimiz 4s² 4p⁵ orbitallerinin toplam elektron sayısı 7 olduğundan değerlik elektron sayısı da “7”’ye eşittir.
• 4 baş katsayısına ve 7 değerlik elektronu sahip Brom elementi 4.periyot 7A grubunda yer alan bir halojendir.

Nötr bir atom elektron vererek katyon oluşturduğunda ve elektron alarak anyon oluşturduğunda iyon hacmi nasıl değişir? Açıklayınız.

 

Periyodik tablo üzerinde bulunan atomların hacmi yani atom çapı birbirinden farklıdır. Atom çapı bazı kriterlere göre artış veya azalış gösterebilir. Tablo üzerinden atom çapı şunlara göre değerlendirilir:

 

• Periyot sayısı fazla olan elementin atom çapı daha büyüktür. (Periyodik tablo üzerinde yukarıdan aşağı doğru gidildikçe periyot sayısı arttığından atom çapı da büyür.)
• Atom hacmi ile grup numarası arasında ters bir oran vardır. Grup sayısı arttıkça atomun sahip olduğu çap küçülmektedir. Bunun en önemli nedeni ise yörünge sayısı sabit olmasına rağmen çekirdekte bulunan proton sayısının artmasıdır. (Periyodik cetvelde soldan sağa doğru gidildikçe grup numarası arttığından atom çapı küçülür.)
• Bir iyon ya da atom dışarıdan elektron aldığında çapı büyürken elektron verdiğinde ise çapı aynı oranda azalır.

 

Nötr halde bulunan bir atom elektron alışverişi yaparak iyon haline gelir. Elektron alarak negatif yük ile yüklenen iyonlara anyon, elektron vererek pozitif hale gelen atomlara katyon adı verilir. İyonlaşma sırasında çekirdekte bulunan proton ve nötronlar sabit hale kalırken yörüngede serbest halde bulunan elektronlar hareket ederek, yer değiştirir. Aynı elementin atom ve iyon halinin proton sayısı aynı kalırken yalnızca elektron sayısı değişiklik gösterir. Çekirdekte yer alan taneciklerin sayısı değişmediğinden kütle numarası da sabit kalır.

Bir atom elektron aldığında atom çapı artarken elektron verdiğinde ise atom çapı azalır. Çekirdek tarafından yörüngelere uygulanan kuvvet sabit kaldığından elektron sayısı arttığında çekme kuvveti dış yörüngede kalan elektronlar tarafından daha az hissedilir. Bu da atom çapının artmasına sebep olur. Elektron verdiğinde ise elektronlara daha fazla çekim kuvveti uygulanacağından atom çapı azalır.

Azot (7N) atomunun elektron dizilimini yazarak olası yükseltgenme basamaklarını belirtiniz.

 

Periyodik cetvel üzerinde yer alan elementlerden soygaz atomları hariç bütün elementler kendi aralarında bileşik oluşturarak farklı yapılara sahip olurlar. Bu bileşikleri oluşturmalarındaki en temel sebep ise oktet veya dublet kuralına uyarak daha kararlı bir yapıya sahip olmaktır. 8A grubunda yer alan soygazların tamamı doğada kararlı bir yapıda bulunduğundan diğer elementler ile kesinlikle bileşik oluşturmazlar. Dublet kuralı ilk katmanda yer alan elektron sayısını en fazla olan 2’ye tamamlamaktır. Oktet kuralı ise 1.katman harici diğer katmanlarda yer alan elektron sayısını 8’e tamamlayarak soygaz elektron dizilimine oluşturmaktır. Atomlar elektron alarak anyon, vererek ise katyon adını alırlar. Eksi ya da artı yüklü tüm atomlar iyon adını alır.

 

Yukarıdaki soruda verilen azot elementini incelediğimizde 7 atom numarasına sahiptir. İlk katmanında 2 ve ikinci katmanında 5 adet elektrona sahiptir. Orbital dizilimi ise 1s²2s²2p³ şeklindedir. Bu atomun soygaz düzenine sahip olmak için iki adet seçeneği mevcuttur. Son katmanına 3 adet elektron daha alarak oktet kuralını tamamlamak ya da son katmanında yer alan 5 adet elektronun tamamını vererek dublet kuralını tamamlamaktır. Bu element ametal özelliklere sahip olduğundan elektron ilgisi daha yüksektir. Bu yüzden oluşturacağı bileşiklerde 3 adet elektron almayı daha çok tercih edecektir. Metal atomlarıyla azot elementi arasında oluşan bileşiklerde elektron alarak iyonik bağ oluşturacaktır. Diğer ametal elementleriyle oluşturacağı bileşiklerde ise elektronlarını ortaklaşa kullanacaktır.

 

Kısaca 3 elektron aldığında -3 değerliğe sahip olurken, 5 adet elektron verdiğinde ise +5 değerliğe sahip olacaktır. Azon elementinin sahip olacağı olası yükseltgenme basamakları “-3 ve +5” değerleridir.

Elektronegatiflik ve iyonlaşma enerjisi periyodik sistemde nasıl değişir?

 

Periyodik tablo üzerinde yer alan elementler son katmanında bulunan elektron sayısını kararlı bir yapıya sahip olan soygaz elementlerine benzetmek amacıyla bağ oluşturur. Bu bağ sırasında bazen elektron alışverişi gerçekleşirken bazı durumlarda ise elektronlar ortaklaşa olarak kullanılır. Ortaklaşa kullanan elementler son katmanında 5, 6 ve 7 adet elektron bulunduran ametal atomlarıdır. Atomların bir araya gelerek oluşturduğu molekül veya bileşiklerde bağ üzerinde bulunan elektronları kendine doğru çekme isteğine elektronegatiflik adı verilir. Bu kavrama benzeyen diğer bir kavram ise elektron ilgisidir. Elektronegatiflik ile benzerlik gösterse farklı anlama gelmektedir. Bağ oluşturmadan önce elektron alma isteğine elektron ilgisi, bağ oluşturduktan sonra ortak kullanılan elektronları kendine çekme isteğine ise elektronegatiflik adı verilir. Elektronegatiflik kavramı direk olarak ölçülemez ancak diğer elektronların sahip olduğu değerler ile karşılaştırılarak elde edilen ve göreceli bir yapıya sahip olan kavramdır. Ametal elementlerinin elektronegatiflik değeri metal atomlarından daha yüksektir. Ametal atomlarının elektronegatiflik değerleri 2’den büyükken metal atomlarının 1.7’den küçüktür. Periyodik cetvelde aynı periyot üzerinde atom numarası arttıkça çekirdeğin uyguladığı çekim kuvveti arttığından elektronegatiflik de soldan sağa doğru artış göstermektedir. Soygazların ise elektronegatiflik değerleri bulunmamaktadır.

 

Gaz halinde bulunan bir atomun son katmanında bulunan elektronundan 1 adet koparmak için gerekli olan en az enerji miktarına iyonlaşma enerjisi adı verilir. Atomun katmanında bulunan elektronlar çekirdekte yer alan protonun enerjisi altındadır ve bir adet elektron için gerekli olan enerji bu kuvveti yenecek büyüklükte olmalıdır. İyonlaşma enerjisi büyük olan atomlar için çekirdekten uygulanan enerji miktarının fazla olduğunu söyleyebiliriz. Periyodik cetvel üzerinde ise birinci iyonlaşma enerjisi soldan sağa doğru gidildikçe artış gösterirken, aynı grupta yer alan elementler için yukarıdan aşağı gidildikçe azalır. Bunun en temel sebebi ise çekirdekte yer alan proton sayısının miktarıdır.