nnn - frmez · 1.1. büyük patlama ve evrende hafif elementlerin oluşumunu, 1.1. hafif...

nnn

ÜNİTE

NUM

ARASI

ÜNİTE SİSTEMİKAZANIM

SAYISIDERS SAATİ

1 Elementler Kimyası 59 30

2 Organik Kimya Giriş 23 22

3 Organik Reaksiyonlar 19 23

4Organik Bileşiklerin

Sınıflandırılması50 28

TOPLAM 108 103

12.SINIF KİMYA

Mehmet TÜRKKimya Öğretmeni

1. Ünite : ELEMENTLER KİMYASI

I. Ünitede Önerilen Konu Baslıkları1. Evrende ve Dünyada Elementler2. Elementler Nasıl Elde Edilir?3. Alaşımlar4. Hidrojen5. Alkaliler ve Toprak Alkaliler6. Toprak Grubu Elementleri7. 4A Grubu Elementleri8. 5A Grubu Elementleri9. Kalkojenler10. Halojenler11. Geçis Elementleri

KONU BAŞLIKLARI KAZANIMLAR

1.1. Büyük patlama ve

evrende hafif elementlerin

oluşumunu,

1.1. Hafif elementlerin oluşumunu, evrenin başlangıcı

sayılan “büyük patlama” teorisi ile açıklar.

1.2. Büyük Patlama sonrası

daha ağır elementlerin

oluşumu

1.2. Evrendeki elementlerin bolluk oranlarını, büyük

patlama teorisi ve yıldızlarda ağır element oluşumu ile

ilişkilendirir.

1.3. Yer kabuğundaki

element bolluk oranları,

1.3. Yer kabuğundaki element bolluk oranları ile

dünyanın kozmik geçmişi arasında ilişki kurar.

1.4. Yer kabuğunda yüksek

oranda bulunan bileşiklerin

oluşumu,

1.4. Yer kabuğunda yüksek oranda bulunan bileşiklerin

oluşumunu elementlerin bolluk oranları ile

ilişkilendirir.

I.BÖLÜM// Elementler Kimyası// Tavsiye edilen süre süre: 30 ders Saati

1922 yılında Rus bilgin Alexander Friedmann (AleksandırFreydmın), evrenin genişliyor olabileceğini fark etti.Friedmann’dan bağımsız olarak çalışan Belçikalı kozmolojiuzmanı Georges Lemaitre (Corc Lömatr) de 1927’deevrenin genişlediğini iler, sürdü.Ünlü astronom Edwin Hubble 1929 yılında yaptığıgözlemler sonucunda evrenin devamlı genişlemekteolduğunu ispatladı,

1.1. Büyük Patlama ve Hafif elementlerin oluşumu;

Hubble'ın bu buluşu teorinin büyük bir bilim kesimi tarafından kabul görmesinisağladı, teoriyi kabullenmek istemeyen ve genişleyen evren modeline uygun değişikteoriler oluşturmaya çalışan bir kaç bilim adamı ise ancak1989 yılındaki "Big Bang"teorisinin kesin zaferine kadar dayanabildiler.Teorik hesaplamalara göre büyük patlamadan arda kalması gereken radyasyonuaraştırmak üzere NASA tarafından 1989 yılında fırlatılan CUBE uydusu bu radyasyonufırlatılışından sekiz dakika sonra belirleyerek "Big Bang" teorisini kesin olarakkanıtladı. Bu kanıttan sonra artarda gelen diğer kanıtlar teoriyi desteklemeğe devametti.

1.1. Büyük Patlama ve Hafif elementlerin oluşumu;

Big-Bang Theorisine işaret eden bulgular:1. Gök adaların birbirinden sürekliuzaklaşması,2. Merkezden daha uzak gök adalarınuzaklaşma hızlarının daha yüksek olması,3. Uzayın görünürde boş bölgelerindenmikrodalga ışınlarının yayılıyor olması,4. Uzayın her doğrultusunda birim hacimiçine düşen kütle yoğunluğunun yaklaşık aynıkalması

Bilim insanlarının evrenin oluşumu ile ilgili öne sürdükleri teoriye BüyükPatlama Teorisi (Big Bang Theory) adı verilmiştir.

• 10-32. saniyeden 10-6. saniyeye kadar geçen süre ön büyüme evresidir.Genişleme nedeniyle sıcaklık 1027 0C’a kadar düşmüştü. Ancak evren hâlâ çoksıcaktı ve elektron, kuark ve diğer parçalardan oluşmuş kaynayan bir çorbayabenzemekteydi.• 10-6. saniyede hızlı bir soğuma evresi başladı ve sıcaklık 1013 0C’a kadar düştü.Böylece kuarklar proton ve nötronları oluşturabildi.

•Büyük Patlama Sonrası Gelişen Olaylar;• Patlamadan 10-43. saniyeye kadar geçen süre PlanckZamanı olarak adlandırılıyor.• 10-43. saniyeden 10-32. saniyeye kadar evren aşırıderecede genişledi. Bu dönemde evren bir atomboyutundan bir portakal boyutuna ulaştı. Ortamda temelparçacıklar (kuarklar, leptonlar, gluonlar...) vardı.

1.1. Büyük Patlama Sonrası Gelişen Olaylar;

10-2 sn ila 3.dk arasında nükleer tepkimesonucunda ilk hidrojen çekirdeği ortayaçıktı.Bu çekirdekler, daha sonra döteryumçekirdeklerini oluşturdu. Ama oluşançekirdekler, kararsız olduğu için, izleyençarpışmalar sonucundahemen parçalandı.

3.dk dan sonra sıcaklık düşmeye devameder ve %75 proton ve %25 nötrondanibaret olan evrende, döteryum çekirdeğioluşur. Döteryum çekirdeği, tepkimelerdeolduğu gibi yeni element çekirdeklerinioluşturur.Tüm nötronlar tükendikten sonra, verilensüreçler durmuş ve evren yaklaşık %25 He(helyum çekirdeği) içerir duruma gelmiştir.

1.1. Büyük Patlama ve Hafif elementlerin oluşumu

1 1 1

0 1 -1 e

1 1 2

1 0 1

2 1 3

1 0 1

2 1 3

1 1 2

3 1 4

2 0 2

n H+ e+V ( )

H+ n H+Enerji (2,2MeV)

H+ n H

ya da H+ H He

He+ n He+

nötrino

300.000 yıl ila 1 milyar yılları arasındaki sürece Atom Çağı diyoruz. BüyükPatlama’dan 300000 yıl sonra sıcaklık 10000 0C’a düştü. Elektronlar, proton venötronlarla bir araya gelerek atomları oluşturdu.

Büyük Patlama ve Hafif elementlerin oluşumu

2 4 6

1 2 3

2 1 3

1 0 1

4 3 7

2 2 4

4 4 8

2 2 4

H+ H Li ve ya

H+ n H daha sonra

He+ He Be ya da

He+ He Be

Bu aşamada evren çok hızlı soğuduğu için Beliryumdandaha ağır çekirdekler oluşamadı. Bu çekirdeklerinoluşabilmesi için gereken basınç ve sıcaklığı sağlayacakortama ihtiyaç vardı.

Büyük Patlama’dan 1 milyar yıl sonra evrenin sıcaklığı oldukça (-200 0 C) düştü.Hidrojen ve helyum gazları arasındaki kütle çekimi sayesinde dev bulutlar oluştu.Dev bulutlar, gök adaları; daha küçük gaz yığınları ise kütlesi, Güneş’in kütlesinden10 ila yüzlerce kat büyüklükteki ilk yıldızları oluşturdu. İlk yıldızlardaki hidrojenatomu çekirdekleri, nükleer füzyon tepkimeleri (yüksek basınç ve sıcaklığın etkisi)sayesinde birbirleriyle kaynaşarak helyuma dönüştü.İlk yıldızların helyumdan daha ağır elementleri oluşturamadan çok şiddetli

patlamalarla dağıldığı sanılmaktadır. Bu patlamalarda ortaya çıkan sıcaklık vebasıncın çok yüksek olması hidrojen ve helyumdan daha ağır çekirdeklerin ortayaçıkmasını sağladı. Fakat bu şekilde oluşan ağır çekirdeklerin miktarı çok azdı. Buağır çekirdekler, ikinci nesil yıldızların kimyasal bileşiminde rol oynadılarsa daevrendeki elementlerin bolluk oranları çok fazla etkilenmedi. Daha sonra yeniyıldızlar ve gezegenler oluştu. İkinci nesil yıldızların sayısı ilk yıldızların sayılarınagöre daha fazlaydı. İkinci nesil yıldızlarda az da olsa ağır elementlerin bulunması,merkezlerindeki sıcaklığın 100000000 0C’in üzerine çıkmasını sağladı. Bu sıcaklık birdizi nükleer füzyon tepkimesi için gerekli şartı sağlamış oldu.

1.2. Büyük Patlama sonrası daha ağır elementlerin oluşumu,

Yıldızın yaşı ilerledikçe merkezindeki basınç vesıcaklık yükselir. Sıcaklık 100 milyon Kelvin’eulaştığında merkezdeki helyum çekirdeklerikaynaşmaya ve (üç helyum çekirdeğinin kaynaşmasıile) karbon çekirdekleri oluşturmaya başlar. İçkatmanda üretilen karbon çekirdekleri, daha ağırolduklarından daha iç katmana doğru ilerler.Sıcaklık arttıkça karbonlar, helyumlarla nükleerfüzyon tepkimesiyle oksijen üretmeye başlar.

Büyük Patlama ve Hafif elementlerin oluşumu

12 4 16

6 2 8C+ He O+

•Büyük Patlama Sonrası Gelişen Olaylar;Büyük patlama sonunda açığa çıkan taneciklerin incelenmesi çok zor ve karmaşıktır.Ancak yapılan çalışmalar sonunda aşağıdaki olayların gerçekleştiği tahmin edilmektedir.

Protoyıldız ve galaksilerde kütle-enerji dengesi, kütlelehine dönüştüğünden, ışımanın artık genleşme vesoğumayı başlatması beklenemez. Ancak, kütleselbüzülme, sıcaklığın 108 K üzerine çıkmasına nedenolmuştur. Bu esnada, madde yoğunluğu yaklaşık 105

g/cm3 tür. Bu koşullarda artan çekirdek çarpışmaları,birbiriyle etkileşen kararsız çekirdekleri oluşturmayabaşladı. Yıldızlarda bir miktar helyum kalıncaya kadarhelyum çekirdeğinin tam katları olan çekirdekleroluştu.Helyum çekirdeğinin tam katları olan çekirdekleredönüşmesi sürecine "helyum yanması" denir. oksijençekirdeğinin oluşumunu, şekil deki karbon-azotçekirdek dönüşümünü başlattı.Hala yüksek olan sıcaklıkta, karbon ve oksijen yanmasıgibi prosesleri ile helyumun katları olmayançekirdekler de oluştu,

12 12 24

6 6 12

12 12 23 1

6 6 11 1

12 12 20 4

6 6 10 2

C+ C Mg+Enerji

C+ C Na+ H

C+ C Ne+ He

Karbon yanması

16 16 32

8 8 16

16 16 31 1

8 8 15 1

16 16 32 1

8 8 16 0

O+ O S+Enerji

O+ O P+ H

O+ O S+ n

Oksijen yanması


12 4 16

6 2 8C+ He O+

Enerji salan tüm bu yanma prosesleri, 40Caçekirdeğinden daha hafif çekirdeklerioluşturmaktadır.Atom numarası 20 den büyük ve helyumun katlarıolan bir çekirdek, ya elektron yakalayarak ya dapozitron yayarak yeni bir çekirdek oluşumu ile kararlıhale gelmiş olabilir:

52 52 0 +

26 25 +1

44 0 44

22 -1 21

Fe Mn + e (Pozitron yayımlama)

Ti+ e Sc (elektron yakalama)

Periyodik tabloda demirden sonra gelen çekirdekler, nükleer füsyon tepkimeleri ileenerji açığa çıkarmazlar. 68 1 69 69 0

30 0 30 31 -1

69 1 70 70 0

31 0 31 32 -1

Zn+ n Zn Ga+ e

Ga+ n Ga Ge+ e

Bu proses, yıldızlarda çok hızlı gerçekleşen, enerji açığa çıkaran ve hafif çekirdeklerioluşturan nükleer tepkimeler başlatabilir ve bunun sonucunda daha ağır çekirdekleroluşa bilir.


Atom numarası 26’ya (Fe elementine) kadar olan elementler yıldızların içindeoluşur. Bu elementler, yıldızlarda gerçekleşen nükleer füzyon ürünleridir.


Bu kararlılık nükleon başınabağlanma enerjisi (çekirdekbağlanma enerjisi) ileilgilidir.

Bağlanma enerjisi ne kadarbüyükse çekirdek o kadarkararlıdır. Nükleon başınadüşen bağlanma enerjisiFe elementinde enyüksektir.

Evrendeki atomların büyük bir kısmı(hidrojen) Büyük Patlama’nın kısa bir süresonrasında oluştu ardından füzyon sonucu Heçekirdeği oluştu. Yıldızlarda (karbon, oksijen,demir) oluşmasıyla daha ağır çekirdekleroluştu.Evrende bulunan daha ağır elementlerin(iyot, molibden vb.) oluşabilmesi içinyıldızlardaki koşullardan daha fazlası gerekir.Bu koşullar çok büyük kütleli yıldızlarpatladıklarında (süpernova patlaması) ortayaçıkar.Süpernova Patlamalarında çekirdek, yoğunbir nötron bombardımanına uğrar. Bununsonucunda çekirdek yakaladığı nötronlarladaha ağır bir izotopa dönüşür.


98 1 99

42 0 42C+ n Mo+

1.3. Evrendeki ve Dünya’daki bazı elementlerin bolluk yüzdesi

Element Atom Evrendeki Dünya'daki

Hidrojen 1 91 0,14

Helyum 2 9 *

Karbon 6 0,02 0,03

Azot 7 0,04 *

Oksijen 8 0,06 47

Sodyum 11 * 2,8

Magnezyum 12 * 2,1

Alüminyum 13 * 8,1

Silisyum 14 * 27,7

Fosfor 15 * 0,07

Kükürt 16 0,03

Klor 17 * 0,01

Potasyum 19 * 2,6

Kalsiyum 20 * 3,6

Demir 26 * 5,0

* Eser miktarı ifade etmektedir.

Elementler nükleer füzyon tepkimeleriile oluşmuştur. Füzyontepkimeleriningerçekleşebilmesi için yüksek sıcaklık vebasınca ihtiyaç vardır. Bu şartlar yıldızbüyüklüğünde gök cisimlerininmerkezlerinde gerçekleşir.Dünya’daki elementler ve buelementlerin bolluk oranları dikkatealınarak geliştirilen teorilere göre Güneşsistemimiz, dolayısıyla Dünya’mızömrünü tamamlamış bir yıldızınkalıntılarından oluşmuştur.Dünya’daki oksijen, silisyum, alüminyumve demir elementlerinin bolluk yüzdesi;evrendeki oksijen, silisyum, alüminyumve demir elementlerinin bollukyüzdesinden daha fazladır. Bunun nedenikararlılık kuşağıyla açıklanabilir.

Tablodan da anlaşıldığı gibi, yerkabuğunun ağırlıkça % 99'unu 7-8elementin oluşturur. Bu temel 7-8 element, çeşitli kombinasyonlarhalinde bir araya gelerek mineralleri, mineraller de kayalarıoluşturmaktadır. Dolayısıyla, kaya ve mineralleri tanıyıp anlayabilmek içindaha fazla elementi tanıma zorunluluğu yoktur. Kayaların hacimce %90'nını oksijen oluşturur. Tabloda bazı elemenler genellikle minerallerihalinde bulunduğu görülmektedir.

Bizmuttan (Z=83) sonra çoğu izotoplar kararsız olduğundan çekirdekleri,bölünme eğilimindedir. Bu nedenledir ki, yıldızlarda atom numarası 30-60arasında olan elementler daha çok Bulunmaktadır.

Bazı elementler yer kabuğunda bulunmazlar. Eser miktarda neptünyum(Z=93) ve plütonyum (Z=94) uranyum mineralleri içinde bulunursa da,atom numaraları 92 den daha büyük elementler doğada bulunmazlar.Ementlerin pek çoğu doğada serbest halde, yani bileşik yapmamış haldebulunmaz. Yalnızca %20 si serbest halde (element halinde) bulunur, gerikalanlar başka elementlerle birleşmiştir.

ELEMENT BOLLUK

(kütlece

%)

Oksijen 47

Silisyum 27

Alüminyum 8,1

Demir 5,0

Kalsiyum 3,6

Sodyum 2,8

Hidrojen 0,14

Klor 0,01

Fosfor 0,07

1.3. Evrendeki ve Dünya’daki bazı elementlerin bolluk yüzdesi

1.3. Yer kabuğundaki element bolluk oranları, başlıca mineralleri

ELEMENT BOLLUK

(kütlece %)

BAŞLICA MİNERALLER

Oksijen 47Su; silika; silikatlar; metal oksitleri; atmosfer,

Silisyum 27 Silika (kum kuvartz, akik, çakmaktaşı); silikatlar ; kil; fel-dispat) ,

Alüminyum 8,1Alüminyum silikatlar,

Demir 5,0Oksit (hematit, magnetit ,

Kalsiyum 3,6Karbonat (kireç taşı, mermer, tebeşir); sülfat (jips); florür (florit); silikatlar (feldispat, zeolitler) ,

Sodyum 2,8 Klorür (kaya tuzu, deniz suyu); silikatlar (feldispat, zeolitler) potasyum magnezyum ,

Hidrojen 0,14 Oksit (su); doğal gaz ve petrol; organik maddeler ,

Klor 0,01 Sodyum tuzu (kaya tuzu, deniz suyu) ,

Fosfor 0,07 Fosfat kayası; organik maddeler ,

Eğer bütün evreni göz önüne alırsak, atomların % 90'ı, kütlenin % 75 i hidrojen , geriye kalanınbüyük çoğunluğu helyumdur.Eğer yalnızca dünyayı göz önüne alırsak, en bol elementin silisyum ve demir olduğunusöyleyebiliriz. Ancak, çoğu demirin dünyanın çekirdeğinde olduğuna inanılmaktadır. Kolayulaşılabilen ve yararlanılabilen elementler havada, denizde ve katı yer kabuğunda bulunanlardır.

ZAMAN SICAKLIK OLAY

0 ila 10-43 sn

Planck ÇağıÇok yüksek Bu çağ bilinmiyor. Evren ağacının çekirdeğinin toprağa atıldığı zaman olabilir.

10-43 sn ila 10-32 sn

Gut ÇağıÇok yüksek

Evren aşırı derecede genişledi. Bu dönemde evren bir atom boyutundan bir portakal

boyutuna ulaştı. Ortamda temel parçacıklar (kuarklar, leptonlar, gluonlar...) oluştuğu

devredir.

10-32 sn ila 10-6 sn

ön büyüme evresi

1027 0C

civarında

Genişleme nedeniyle sıcaklık düşmüştü. Ancak evren hâlâ çok sıcaktı ve elektron, kuark ve

diğer parçalardan oluşmuş kaynayan bir çorbaya benzemekteydi.

10-6 sn -10-2 sn

Parçacık Çağı

1013 0C

civarında

Hızlı bir soğuma evresi başladı ve sıcaklık düştü. Böylece kuarklar proton ve nötronları

oluşturabildi. Bu sebeple bu çağa parçacık çağı denir.

10-2 sn -3.dk

Nükleosentez Çağı

Sıcaklık

düşüyor

10-2 sn ila 3.dk arasında nükleer tepkime sonucunda ilk hidrojen çekirdeği ortaya çıktı. Bu

çekirdekler, daha sonra döteryum çekirdeklerini oluşturdu. Ama oluşan çekirdekler, kararsız

olduğu için, izleyen çarpışmalar sonucunda hemen parçalandı.

3 dk-300 .000 yıl

Çekirdek Çağı

Sıcaklık

düşüyor

3.dk dan sonra sıcaklık düşmeye devam eder ve %75 proton ve %25 nötrondan ibaret olan

evrende, döteryum çekirdeği oluşur. Döteryum çekirdeği, yeni element çekirdeklerini

oluşturur. Tüm nötronlar tükendikten sonra, evren yaklaşık %25 He (helyum çekirdeği) içerir

duruma gelmiştir.

300 .000 yıl ila 1 milyar

yıl

Atom Çağı

10000 0C

Büyük Patlama’dan 300000 yıl sonra sıcaklık 10000 0C’a düştü. Elektronlar, proton ve

nötronlarla bir araya gelerek atomları oluşturdu. Bu aşamada evren çok hızlı soğuduğu için

Beliryumdan daha ağır çekirdekler oluşamadı.

1 milyar yıl-Günümüze

kadar

Galaksiler Çağı

-200 0 C

Hidrojen ve helyum gazları arasındaki kütle çekimi sayesinde dev bulutlar oluştu. Dev

bulutlar, gök adaları; daha küçük gaz yığınları ise kütlesi, Güneş’in kütlesinden 10 ila yüzlerce

kat büyüklükteki ilk yıldızları oluşturdu. İlk yıldızlardaki hidrojen atomu çekirdekleri, nükleer

füzyon tepkimeleri (yüksek basınç ve sıcaklığın etkisi) sayesinde birbirleriyle kaynaşarak

helyuma dönüştü.

İlk yıldızların helyumdan daha ağır elementleri oluşturamadan çok şiddetli patlamalarla

dağıldığı sanılmaktadır. Bu ve daha sonraki patlamalar sonunda sıcaklığın 100000000 0C’in

üzerine çıkmasını sağladı. Bu sıcaklık bir dizi nükleer füzyon tepkimesi için gerekli şartı

sağlamış oldu ve daha ağır elementler oluştu.

EVRENİN OLUŞUMU

Kıyamet Seneryosu:Evrenin genişleme hızının kütle çekim enerjisini yenecek kadar büyükolmaması (kapalılık), genişleme hızının kütle çekim kuvvetini yenecek kadarbüyük olması (açık olması) anlamına gelmektedir.Evren kapalı ise genişlemesi bir gün duracak ve Big Bang'in tersi bir şekilde,kütle çekiminin etkisi altında kalan everen zamanla küçülecek, ısınacak vesonuçta sonsuz yoğunluk ve sıfır hacme ulaşarak yok olacaktır.Eğer evren açık ise, üzerine çöküş gerçekleşmeyecek, fakat geçen zamanlabirlikte genişleyen evren soğuyacak ve üzerindeki maddeyi oluşturan tümenerjiyi harcayarak yok olacaktır.Şimdilik everenin sonu hakkında ancak bu iki olasılıktan biriningerçekleşebileceği tahmin edilmektedir.Evren yok olduktan sonra yeni bir evrenin oluşup oluşmayacağı ise insanoğlunun cevaplandırılamayacağı bir soru olarak gizemini korumaktadır.

2. BÖLÜM: Elementlerin Eldesi


• Mineral• Cevher• Zenginleştirme• Kavurma

2.1. Metalurjile ilgili bazı kavramlar,

• Karbon ile indirgeme 2.2. Kömürle indirgeyerek metal elde etme yöntemini tepkimeleriyle örneklendirir.

• Hidrojenle indirgeme yönteminin üstünlükleri,

2.3. Hidrojenle indirgeme yönteminin tercih edildiği durumlara örnekler verir.

•Aktif metal ile İndirgeme

2.4. Aktif bir metal kullanarak indirgeme yöntemiyle başka bir metal üretiminin hangi durumlarda gerekli olduğunu açıklar.

•Elektroliz ile metal üretimi

2.5. Elektroliz ile metal üretimineörnekler verir.

2.1. Metalurjile ilgili bazı kavramlar:

Homojen veya homojen görünüşlü doğal olarak değişik şekillerde oluşmuş ve insanoğlununkullanımı için yerkabuğundan elde edilen ve genellikle katı olan maddelere mineral denir.

Elde edilmeye değer miktarda bir veya birden çok element içeren minerallere cevher ya dafiliz denir.Cevher, madenci açısından kârlı bir şekilde çıkarılabilen veya metalürjist açısından kârlı birşekilde işleme tabi tutulabilen az veya çok gang mineralleri ile karışık metalik mineral veyametalik mineraller topluluğudur.

Metalürji, Mineral, Cevher:Metallerin, doğal kaynaklaran eldeedilmesi ve kullanım amacına uygunbir biçimde hazırlanmasına metalürjidenir. Metalurji terimi genel olarakmetallerin incelenmesini ifade eder.Ekstraktif metalurjide metalcevherlerinden metallerin eldesiincelenir.

Manyezit minerali Manyezit cevheri

2.1. Metalurjile ilgili bazı kavramlar:

Bazı mineraller (opal (SiO2-nH2O) gibi) amorf katılardır.Minerallerin büyük bir kısmı ise kristal durumdadır. Kristalllerin düzgün yüzeylerle çevrilmişgeometrik şekilleri ve muntazam, periyodik olarak sıralanmış düzenli bir atomik yapıları vardır.Kuvars (SiO2), tuz (NaCI), kristal hâldeki minerallerdir.Elmas (C), zümrüt (Be3AI2(SiO3)6) ve topaz AI2SiO4(OH,F)2 gibi kıymetli ve renkli taşlar(mücevherler) da kristaller için en güzel örneklerdir.

MİNERAL S E M B O L / F O R M Ü LSoy metaller Cu, Ag, Au, Pd, Pt

OksitlerAI2O3.2H2O (boksit), Fe2O3 (hematit), Fe3O4(manyetit) FeCr2O4 (kromit), FeWO4

(volframit), SnO2 (kasiterit), MnO, (pirolisit), TiO, (rutil), Cu7O (kuprit)

SülfürlerAg2S (arjantit), Cu2S (kalkasit), CuS (kovalit), PbS (galen), ZnS (blend), HgS (zinnebar),

FeS2 (pirit), FeCuS2(kalkopirit), Bi2S3,(bizmutit)

Sülfat ve Karbonatlar

CaSO4(kalsit), MgCO3 (manyezit), CaMg(CO3)2 (dolamit), FeCO3 (siderit), PbCO3,

BaCO3, CuCO3

Halojenürler NaCI (halit), KCI (sılvit), AgCI, KCI-MgCI2(karnalit). CaF2 (florıt), Na3AIF6(kriyolit)

Silikatlar Be3AI2(SiO3)6 (beril), ZrSi04 (zirkon) Sc2Si2O7 (thorvetit), NiSiO3, MgSiO3

Fosfatlar CePO4, LaPO4, Ca3(PO4)2,

Her mineralin kimyasal bir formülü vardır.

2.1. 1. Elementler nasıl elde edilir:

Cevherlerden metal elde etme sürecindeki işlembasamaklarını kısaca:1.Kırma-öğütmeGang'ın (Cevherler genellikle kum, kil ve granit gibiistenmeyen maddeler içerir. Bu madddelere gangdenir.) uzaklaştırılma işlemine ilk olarak kırma-öğütme ile başlanır. Bu amaçla cevher birkaç defaöğütülür. Son öğütme, yeni oluşan yüzeylerinoksitlenmesini önlemek için genellikle su altındayapılır.


Zenginleştirme: Madencilikte, metalin elde edileceği mineral,madenin küçük bir yüzdesi (çoğu kez yüzdenin kesirleri)kadardır. Daha ileri metalurji işlemlerine geçmeden önceistenen maden cevherini kaya parçalarından ayırmak gerekir.Bunun için uygun yöntem yüzdürme (flotasyon) dir.

Toz haline getirilen cevher büyük bir tekne içindeki suya bazıkatkı maddeleri ile birlikte dökülür ve içinden basınçlı havageçirilir. Hava kabarcıklarına yapışan cevher parçacıklarısuyun yüzeyine çıkar ve dışarı alınan köpükle birlikte toplanır.istenmeyen kaya parçacıklarından (gang) teknenin dibindekalır. Yüzdürme işleminde köpük oluşur.

Birçok cevhere, özellikle Cu, Pb, ve Zn cevherlerineuygulanan bir yöntemdir.

Arıtma: Değişik yöntemlerle ile elde edilen metal, çoğu kez istenen saflıkta değildir.Safsızlıklar giderilerek, metal arıtılmandır. Seçilen arılaştırma işlemi safsızlığın niteliğinebağlıdır. Çinkodaki safsızlığın başlıcaları Cd ve Pb olup, sıvı çinkonun ayrımsaldamıtılmasıyla uzaklaştırılabilirler.Bununla birlikte, dünyada üretilen çinkonun büyük çoğunluğu elektrolizle saflaştrılır. Genellikle indirgeme ve arılaştırma ile birlikte yapılır. Bunun için, kavurma ile elde edilen ZnO sulu H2SO4 içinde çözülür. Ancak ortamda bulunan Cd ve Pb de H2SO4 içinde çözülür. Daha az etkin metalleri (Cd ve Pb) uzaklaştırmak için Zn tozu eklenir. Sonra ZnSO4 çözelti elektroliz edilir.

-2 -2+ +2(aq) (aq) (aq) (aq)(k) 4 4 2 (s)Örnek: ZnO 2H SO Zn +SO H O


Kavurma: Sülfürlerin ya da karbonatların bol hava ile ısıtılarak oksidine dönüştürülmesiişlemine kavurma denir. Sülfür tipi cevherlerden kükürdü uzaklaştırmak için bu yöntemkullanılır. Cevher, metal bileşiklerini sonradan indirgenebilen oksitlerine çevirmek içinkavrulur (yüksek sıcaklığa kadar ısıtılır).Örnek olarak çinkoyu incelersek;Ticari önemi olan çinko cevherleri sülfür (sfalerit) ve karbonat (smitsonit) şeklindedir.Şiddetle ısıtıldığında ZnCO3(k), ZnO(k) ve CO2(g)’ e parçalanır. Havada şiddetle ısıtıldığındaZnS(k) ile O2(g ) tepkimeye girer, ZnO(k) ve SO2(g) meydana gelir. Çağdaş tasviye işlemlerindeSO2(g) havaya verilmeyip, sülfürik asit eldesinde kullanılır.

ısı

3(k) (k) 2(g)

ısı

(k) 2 (k) 2(g)

ZnCO ZnO +CO

2ZnS +3O 2ZnO +2SO

ısı

2 (k) 2 2(g)Cu S +O 2Cu+SO

ısı

(k) 2 2(g)

ısı

2ZnS +3O 2ZnO+2SO

ZnO+C Zn+CO

ısı

(k) 2 2(g)HgS +O Hg+SO

ısı

3(s) (s) 2(g)

ısı

2 (s) 2 (g)

CaCO 2CaO +CO

Mg(OH) MgO +H O

(k) 2 (k) 2(g)2PbS +3O 2PbO +2SO


Termal Bozunmayla İndirgeme: Bazı maddeler termal bozunmayla indirgene bilirler. Bazımetal oksitler, yüksek sıcaklıkta termal bozunmaya (piroliz) uğrayarak metallere indirgenir.Aşağıdaki tepkimelerde de metaller termal bozunma ile serbest hâle indirgenmiştir. Bubozunma aynı zamanda bir redoks tepkimesidir.

450°C

4[Ni(CO) ] Ni + 4CO

Nikelkarbonil


1920°C

4 2ZrI Zr + 2I

2CuO Cu + 1/2O

İndirgeme işlemi için yüksek sıcaklıklara çıkmak ekonomik açıdan uygun değildir. Bu nedenle bir metali bileşiğinden indirgeyerek ayırmak için ayrılacak metalden daha elektropozitif bir metal kullanılır. Bu amaçla C, H2, Al, Mg, Ca, K, Si, CaC2 gibi kuvvetli indirgenler tercih edilir.

Karbon ile İndirgeme: Teorik olarak bütün metal oksitleri karbon ile indirgenebilir.Metalürjide karbon kaynağı olarak çeşitli kömürler kullanılır. Eğer mümkünse, indirgen olarakhem ucuz hem de kullanılması kolay karbondan (kok ya da kömür tozu halinde) yararlanılır.Burada aynı anda pek çok tepkime olur ve bu tepkimelerde hem C(k), hem de CO(g) indirgenolarak davranır.ZnO nun indirgenmesi yaklaşık 1100 °C ta gerçekleştirilir. Bu sıcaklık çinkonun kaynamanoktasından yüksektir ve buhar halinde elde edilen çinko, sıvı çinkoya yoğunlaştırılır.

(k) (k) (g) (g)

(k) (g) (g) 2(g)

ZnO C Zn +CO

ZnO CO Zn +CO

(k) (k) (k) (g)

(k) (g) (k) 2(g)

FeO C Fe +CO

FeO CO Fe +CO

1500 0C

2 (k) (s) (g)(k)SiO 3C Si +2CO

ısı

(grafit) 2(g)

ısı

2 3 (k) 2(g)(k)

2C +O 2CO

Fe O 3CO 2Fe +3CO

2 (k) (k) (s) (g)

(k) (k) (k) (g)

Cu O C 2Cu +CO

PbO C Pb +CO


4 2 (k) 2 4(k) (g) (s)CuSO H Cu +H SO

3 2 (k) 2(k)WO +3H W +3H O

Hidrojenle indirgeme: Bazı yöntemler sonunda oluşan Cu +2 iyonları, aşağıdaki tepkimede olduğu gibi, H2'ye da demir ile indirgenir:

Yarı iletkenlik için ham silisyumSiCl4 gibi uçucu bileşikleredönüştürülür. Bileşikler fraksiyonludamıtma ile saflaştırılır ve H2 ileindirgenir. Böylelikle oldukça safsilisyum elde edilir.

+2 +(aq) (aq)2 (k)(g)

Cu H Cu +2H

4 2 (k) (aq)(k) (g)SiCl 2H Si +4HCl

3(k) 2 (k) 2MO +3H Mo +3H O


Aktif metal ile İndirgeme

3AlCl +3K Al +3KCl

ısı

2 2 4

4 2

4

TiO +2Cl +2C TiCl +2CO

TiCl +2Mg Ti+2MgCl

TiCl +4Na Ti+4NaCl

- - -(aq) (aq) (aq)(s) 2 2 (s) 2(g)

- -(aq) (aq)2 (s) 2

2Au +4CN +O +2H O 2 Au(CN) +4OH

2 Au(CN) +Zn(s) 2Au +Zn(CN)


2.5. Elektroliz ile metal üretimi

Örnek: Ag + nın sulu çözeltisinin elektrolizinde saf gümüşün eldesi için kimyasal eşitlikleri yazınız?

+122 (s) 2(g)

+(aq) (k)

+ + 1(aq) (aq) 22 (s) (k) 2(g)

Anot:H O O +2H 2 ( )

Katot:2Ag 2 2Ag ( )

2Ag H O 2Ag 2H O

e Yükseltgenme

e İmdirgenme

+

2Ag'ün sulu çözeltisinde;(Ag , H O)

2.5. Elektroliz ile metal üretimi

Örnek: Kavurma sonunda elde edilen ZnO sulu H2SO4 içinde çözülür elde edilen ZnSO4 ün sulu çözeltisi elektroliz edilerek Zn elde edilir. ZnSO4 ın elektroliziyle ilgili olarak kimyasal eşitlikleri yazınız?

+122 (s) 2(g)

+2(aq) (k)

-2 -2+2 + 1(aq) (aq) (aq) (aq) 24 2 (s) (k) 4 2(g)

Anot:H O O +2H 2 ( )

Katot:Zn 2 Zn ( )

Zn +SO H O Zn 2H SO O

e Yükseltgenme

e İmdirgenme

-2+2(aq) (aq)4 4 2 (s)ZnSO çözeltisinde: Zn +SO H O

Örnek: Aşağıdaki olayların kimyasal eşitliklerini yazınız?

a- Cu2S ün kavrulması b- WO3 in H2(g) ile indirgenmesi c- HgO in sıcaklıkta elementlerine ayrışması.d- CaCO3 ün sıcaklıkta ayrışması. e-NaCl nin ayrışması.

2 (k) 2 2 (k) 2(g)a) 2Cu S +3O 2Cu O +2SO

3 2 (k) 2(k)b) WO +3H W +3H O

(k) (k) 2(g)c) 2HgO +ısı 2Hg + O

3 (k) 2(g)(k)d) 2CaCO +ısı CaO + CO

elektroliz

(k) 2(g)e) NaCl Na + Cl

3.BÖLÜM: Alaşımlar


3. Alaşımlar ile ilgili olarak öğrenciler;

3.1. Element özelliklerinin ıslahı vealaşımlar;

3.1. Element özelliklerinin ıslahınıalaşım temelinde açıklar.

3.2.1.Heterojen alaşım3.2.2.Homojen alaşım3.2.3. Yer değiştirme tipi alaşım3.2.4. Örgü boşluğu tipi alaşım 3.2.5. Metaller arası bileşik tipi alaşım,

3.2. Alaşımları sınıflandırıp örnekler verir.

3.3.1.Yaygın alaşımların özellikleri, bileşimleri ve kullanım alanları

3.3. Yaygın alaşımların özelliklerini bileşimleri ve kullanım alanları ile ilişkilendirir.

3.1. 1. Element özelliklerinin ıslahı ve alaşımlar;

Bazı metaller korozyona karşı dayanıklıdır; fakat kuvvet etkilerine karşıpek dayanıklı değildir. Bazıları da kuvvet etkilerine karşı dayanıklıykenkorozyona karşı dayanıksızdır. Bazı metaller aktif tir ve hemenpaslanırlar.Metallerin dayanıklılığını ve korozyona karşı dayanımını arttırmak içinalaşımlar üretilmiştir.Normal bir çeliğin (%95 demir- %1,5 karbon) korozyondan etkilenmeoranı 100 kabul edilirse çeliğe katılan %1 oranındaki krom çeliğinkorozyondan etkilenme oranını %30 azaltır. Katılan krom oranı arttıkçakorozyona karşı dayanım da artar. Paslanmaz çeliklerde kroma ilavetennikel de bulunur. Paslanmaz çeliklerin bileşiminde genellikle %18 krom,%10 nikel bulunur.Kısaca, alaşımlar belli amaçlar için üretilmişlerdir. Bunlar:•Metallerin fiziksel ve mekaniksel özelliklerini değiştirmek suretiyle daha elverişli malzemeler üretmek.•Çok sayıda ve değişik özelliklere sahip metaller geliştirerek ihtiyaçlara cevap vermek.•Isıl işlemlere uygun metaller üretmek.•Malzemelerin maliyetini düşürmek.•Malzemenin aşınma ve dış şartların yıpratıcı etkilerden korunmasını sağlamak.

Alaşım, bir metal elementin en az bir başka element(metal,ametal,yarımetal) ile karışarak oluşturduklar metalkarakterli malzemye denir.Alaşımda bileşenlerden biri cıva ise malgama adını alır. Cıva yalnızdemir ve platin madenleriyle malgama yapmaz.

Elementler alaşım hâline getirilerek kullanım alanları

arttırılır.

Örneğin, çinko metalinin doğrudan doğruya kullanıldığı

alanlar oldukça sınırlı olmasına rağmen ikili ve üçlü

alaşımlarının kullanıldığı alanlar daha fazladır.

Pirinç; % 63 Cu, %37 Zn içeren ikili alaşımdır. Kolay

işlenebildiği için boru, tel ve süs eşyası yapımında kullanılır.

% 60 Cu, % 38 Zn, % 2 Fe içeren delta alaşımı ise üçlü

alaşımdır. Bu alaşım esnek olup, kopmaya karşı

dayanıklıdır.

3.1.2. Alaşım

Alaşımda fazla miktarda olan metale asıl metal adı verilir. Alaşımı elde etmek için bu metale karıştırılanlara da alaşım elemanları denir. Metallerin büyük çoğunluğu kafes yapısı içinde belirli sayıda yabancı atom barındırabilirler. İlave edilen element, kristal içinde ya katı çözelti veya ara bileşikler halinde bulunur. Yabancı atomların asıl metalin kafes sistemindeki yerleşimlerine göre, metalik katı eriyiklerin iki türü vardır:1. Ara-yer Katı Eriyiği2. Yeralan Katı Eriyiği (Asal Yer Katı Eriyiği) Yabancı atom esas metalin atomu yerine

yerleşiyor ise Yeralan Katı Çözeltisi oluşur.Bu türde çözünen metalin atomları çözücümetalin kristal atomlarının bazılarının yerinialmıştır.Kafes aralarındaki boşluklara yerleşiyor iseArayer Katı Çözeltisi meydana gelir. Atomikyarı çapı 10 -8 cm' den küçük olan H, C, B veN gibi çözünen metalin atomları, çözücümetalin atomlarının arasındaki boşluklaradağılmışlardır.

3.1.3. Alaşım

3.1.4. Alaşım

ADI BİLEŞEN(%) ÖZELLİKLERİ KULLANIM ALANLARI

Nikel 99,5 Ni

sı ve korozyona karşı dayanıklı, mağnetik özelliğe sahip, kolay işlenebilir.

Gıda, sabun ve çelik endüstrisinde, eczacılıkta, mağnetik cihaz ve alaşım yapımında.

Inkonel 30 Ni, 14 Cr,

6 FeYüksek sıcaklığa ve

korozyona dayanıklı, Süt, şarap, meyve suyu, yağ ve

kostik alkali kabı yapımında,

Alman gümüşü

10-30 Ni, 5-50 Zn 1-10 Pb ve Cu

Korozyona dayanıklı, güzel görünümlü ve kolay işlenebilir

Sofra takımı, süs eşyası, müzik ve dişçilik aletlerinin yapımında.

Duranikel 94 Ni, 4 Al Dayanıklı ve sert El aletleri ve kalıp yapımında.

Kupronikel

30 Ni, 70 Cu Korozyona dayanıklı Isı değiştirici borular, buhar türbin

pervaneleri ve para yapımında.

Monel 67 Ni, 30 Cu

ve 3 Mn Sert yapılı ve

korozyona dayanıklı Para, mutfak eşyası, mimari ve

dekoratif amaçla kullanılır.

3.2.1. Alaşımları sınıflandırılması;

Alaşımlar; homojen ve heterojen alaşımlar, yer değiştirme tipi alaşım, örgü boşluğu tipialaşım, metaller arası bileşik tipi alaşım olmak üzere değişik biçimlerde sınıflandırıla

bilir.

Bu konu diğer alaşım tipleri

incelendikten sonra daha

anlaşılacaktır.

Farklı element atomlarının düzgün bir şekilde yerleşmesiyle oluşan alaşımlar,

homojen alaşımlardır, iki veya daha çok fazdan oluşanlar ise heterojen

alaşımlardır.

Alaşımların büyük bir kısmı heterojendir.

Örneğin Au-Cu veya Au-Ag alaşımları heterojen, yani ikili sistemlerdir. Homojen

alaşımlara örnek olarak Cu-Sn, Cu-Zn, Cu-Ni, Fe-Nİ, Pb-Sn alaşımları verilebilir.

3.2.1,2. Homojen ve Heterojen alaşımlar:

3.2.3. Yer değiştirme tipi alaşım

Yer değiştirme (sübstitutional) alaşımlar: Yer değiştirmealaşımlarında çözünen metal atomlar çözücü metal atomlarınınbazılarının yerlerini işgal eder.

Bu tür alaşımların oluşabilmesi için iki metalin aşağıdakikoşulları sağlaması gerekir.a) İki metalin kristal yapları aynı olmal,b) İki metal benzer kimyasal özellikler göstermelidir.c) Metalik yarıçaplarının farkının oranı = ± %15 olmalı,

Örnekler:Na ve K kimyasal olarak birbirlerine benzer yapıdadır,Metalik yarı çaplar sırasıyla 1,86 0A ve 2,26 0A )Yarıçaplar oranı % 18 olması nedeniyle bu iki katı birbiriyle homojen alaşımlar yapamazlar.

Örnekler:Cu ve Ni’ i ele alırsak,İkisi de kimyasal olarak birbirlerine benzer yapıdadır,Yarıçapları sırasıyla 1,28 0 A ve 1,25 0 A ,Metalik yarıçaplar farkının oranı % 2,3, olduğundan bu iki metal birbiriyle her orandakarışan alamlar yaparlar.


a) Rastgele Yer Değiştirme İle Oluşan Alaşımlar:

Alaşım oluşurken birbiriyle tam olarak karışabilen iki

metalin erimesi sırasında, miktarca az olan metal atomları,

miktarca fazla olan metal atomlarıyla rastgele yer değiştirir.

Bu tip alaşımı oluşturan elementlerin atom yarıçaplarından

fark %15'ten azdır.

Element atomlarının büyüklüklerinde ve elektronik

yapılarında küçük farklılıklar olduğu için yer değiştirme ile

oluşan alaşımlardaki atomlar metal örgünün şeklini bozar

ve elektron akışını engeller. Metal örgü yapısı bozulduğu

için bu tip alaşımların elektriksel ve termal iletkenliği saf

elemente göre daha azdır. Ancak sertlikleri ve sağlamlıkları

daha fazladır.

Yer değiştirme alaşımlarına Cu-Zn ve Au-Ag karışımları

örnek verilebilir.


b)Süper Örgü Alaşımı: Bazı özel durumlarda yer değiştirme ile oluşan alaşımlardaki atomların yeridüzenlilik gösterir.Bu tip alaşımlara süper örgü alaşımı denir.Süper örgü alaşımlarına Cu-AI-Ni örnek verilebilir.Bu alaşım şekil hafızalı alaşımlarda kullanılır.

Şekil hafızalı alaşım; martensitik (kristal) yapıda ikenbelli bir dış kuvvete maruz kalmaları sonucu değişenorijinal şekillerini, östenit faz sıcaklığına geçtiklerindebüyük oranda geri kazanabilen alaşımlardır. Alaşımöstenit fazda iken, herhangi bir sıcaklık değişimiolmaksızın, sadece uygulanan stresin ortadan kalkmasısonucu malzemenin orijinal formunu tekrar kazanmasıise süperelastisite olarak tanımlanır.

3.2.4. Örgü boşluğu tipi alaşım

Örgü boşluğu tipi alaşımlar, çözücü metal örgüsünün boşluklarınasığabilen küçük ametallerle yapılır. Esas katının orijinal kristal yapısıbozulmaz. Genellikle stokiyometrik olmayan maddeleri oluştururlar.«Araya sıkıma»lı katı eriyikler sadece, ilâve metalin atomlarının öbürmetalinkilerine göre çok küçük olup bunun kristal kafesinin boşluklarınayerleşebilmeleri halinde oluşabilirler.

En sık paket yapısında en büyük boşluk oktahedral boşluktur. Bu boşluğagirebilecek atomun yar çap 0,414 r kadar olacaktır (r = esas örgüyüoluşturan metalin yar çapı). Bu nedenle temel yapıyı bozmadan H, B, C,ve N atomların yerleştirmek için metal atomları sırasıyla 0,90 ; 1,95; 1,88ve 1,80 0 A den daha küçük olmamalıdır.

Bununla birlikte d-blokunun ilk sırasının sonundaki elementler yarı çapları 1,60 0 A dan dahaküçük olmalarına rağmen B, C ve N’ la katı çözelti serisi oluştururlar . Bunu, özel metal-ametalbağlanması olarak düşünebiliriz. Bu nedenle bu alaşımlara ametallerin bileşikleri olarakbakabiliriz. Örgü boşluklarındaki atomlar alaşımı daha sert ve sağlam yaparlar.

Örneğin; 0,9 C içeren 10/90 çeliği, 0,2 C içeren 10/ 20 çeliğinden daha sert ve krılgandr. Bazende örğü boşluğuna daha büyük atomların girmesi ile daha gevşek -yumuşak alaşımlaryapılabilir.

3.2.5.Metaller Arası Bileşikler

İki metal aynı potada eritildiğinde genellikle bir alaşım teşekkül eder, yani belirli bir sıcaklığınüstünde, her iki bileşenin oranları ne olursa olsun, bir homojen sıvı veya sıvı faz edilir. Bu sıvıyavaş yavaş soğutulduğunda homojen kristaller vererek katılaşır; kristaller her iki metalinatomlarını içerirler ve aynı kimyasal tabiatlı kristaller bir katı faz adı verilen hali meydanagetirirler.Bir alaşımda denge halinde bulunan fazların sayı ve kimyasal tabiatı bu alaşımın kimyasalyapısını tanımlar.Katılaşma ilerledikçe her iki metal birbirlerini kimyasal olarak etkileyerek bir metaller arası bileşik(intermetallic compound) oluştururlar.Kısaca; alaşımı oluşturan atomlar arasındaki elektronegatiftik farkı büyük olduğunda metallerarası bileşikler oluşabilir. Bunlar gerçek bir bileşik gibi düşünülür. MgZn2, Cu3Au ve Na5Zn21 en çokbilinen metaller arası bileşiklerdir.Ancak belli ve sabit bir stokiyometriye sahip alaşımların hepsinin "metaller arası bileşik" sayılmasıbir kavram yanılgısıdır. Atomlar arasındaki boşluklara yerleşmeyle oluşan bazı alaşımların (Fe3Cvb.) stokiyometrileri sabittir.Örnek:NaTI (sodyum talyumür) bir bileşiktir; çünkü Na+ katyonu ve (Tl)4

-4 anyonu arasındakietkileşmeyle oluşmuştur.Fe3C alaşımında ise, Fe ve C atomları, Fe örgüsündeki boşluklar içine C atomlarının yerleşmesidışında hiç değişikliğe uğramamıştır.

Ara bileşiklerde atomlar arası bağlar metalik bağ ilekimyasal bağ arasında değişen bir yapıya sahiptir vekimyasal bileşiklere benzeyen AnBm şeklinde bileşikleroluşur.Bu bileşikler kendilerini oluşturan farklı atomlarınaralarında oluşturdukları kuvvetli bağlar nedeniyleoldukça farklı mekanik ve fiziksel özellikler gösterirler.Metaller arası bileşikler, hem kullanım sıcaklığı hem demekanik özellikler açısından (seramik kadar kırılgan değil)metalik malzemeler ile seramik malzemeler arasındakiboşluğu doldurmaya aday malzemelerdir.Atomlar arası kuvvetli bağlar nedeni ile süperalaşımlardan daha yüksek mukavemet gösterirken,bağlanmanın hala metalik karakterde olmasından dolayıseramiklere göre daha az kırılgandırlar.

3.2.5. 1.Metaller Arası Bileşikler

NaTI(sodyum talyumür)

NiAl’ın dört kilit avantajı vardır:•Yoğunluğu nikel esaslı süper alaşımların yaklaşık üçte ikisidir,•Termal iletkenliği bileşime ve sıcaklığa bağlı olarak nikel esaslı süperalaşımların 4 ile 8 katı,Mükemmel oksidasyon direnci gösterirler,•Bir çok intermetalik bileşikle karşılaştırıldığında plastik deformasyon kabiliyetini kolaylaştıranbasit düzenli hacim merkezli kübik (CsCl) kristal yapısıdır,•Ti3Al ve TiAl esaslı titanyum aluminatlar çok düşük yoğunluklarından dolayı geliştirilmiş uçakmotoru uygulamaları için çekici adaylardır.•Mg2Si metaller arası bileşiği havacılık ve taşımacılık sistemleri için kullanılabilecek cazip birmalzemedir.

Metaller arası bileşikler üzerindeki ilk araştırmalar oksitleyiciortamlarda oldukça koruyucu olan ince alüminyum oksitfilmi oluşturmak için oldukça yüksek miktarda alüminyumiçeren alüminatları oluşturmakla olmuştur. Bunlar içindenikel, demir ve titanyum alüminatlar en çok ilgi çekenlerdir.Fe3Al demir alüminatlar, yüksek sıcaklıklarda oksidasyon vesülfidasyonun oluştuğu endüstriyel uygulamalar için çok ilgiçekici olmuştur. Nikel esaslı süper alaşımlarda en önemlikuvvetlendirici Ni3Al’dir.

3.2.5.2.Metaller Arası Bileşikler

Nikel aluminatlarınhazırlanmasında %99,99 saflıkta

elektrolitik nikel ve %99,7 saflıkta

elektrolitik aluminyum

kullanılmıştır.

Titanyum aluminatların

hazırlanmasında %99 saflıkta Ti ve %99,7 saflıktaki

aluminyumkullanılmıştır.

Demir aluminatlarınhazırlanmasında %99,98 saflıkta

elektrolitik demir ve %99,7 saflıkta

elektrolitik aluminyumkullanılmıştır. Ergitme

işlemi alümina

3.2.5.3.Metaller Arası Bileşikler

Çelik ;Yüksek fırından elde edilen demire pik demir adı verilir. İçinde %95 Fe, % 3-4 C ve çeşitli oranlarda başka safsızlıklar vardır.

Pik demirden çelik elde etmek için yapılması gereken başlıca değişiklikler: 1.Pik demirdeki karbon miktarı % 3-4 den % 0-1,5 değerine indirilir. 2.Si, Mn, P (pik demirdeki yüzdeleri 1 ya da daha fazladır) ve diğer ikinci derecedeki safsızlıklar curuf oluşturularak uzaklaştırılır. 3.İstenen özelliklerde çelik elde etmek için gerekli elementler (Cr, Ni, Mn, V, Mo ve W gibi) eklenir. Eriyik hâlde elde edilen alaşım, donduktan hemen sonra bükülebilir. Bileşimine göre bini aşkın çelik türü elde edilebilmesine karşın günümüzde kullanılanlar, karbon çelikleri, alaşım çelikleri, paslanmaz çelik ya da ısıya dayanıklı çelik ana gruplarında toplanabilir.

Fırının üstünden demir cevheri, kok kömürü ve kireç

taşı konur ve alttan sıcak hava verilir. Sıvı demirin ve curufunalındığı fırın tabanında sıcaklık en yüksektir.

0

2 3 2

0

2 2 3 2

3CO+Fe O 2Fe + 3CO (900 C)

3H +Fe O 2Fe + 3H O (900 C)


Tunç (bronz):Kalayın diğer önemli alaşımları bronzdur. Bronz; % 82 Cu, % 16 , Sn % 2 Sb içerir Tuç;madalya ve heykellerin yapımında kullanılır.Bronz bakırdan daha serttir, daha kolay erir ve kalıba daha kolay dökülür.Bazı bronzlar demirden da daha de serttir. Bu tür bronzlar silah namlusu ve makinayataklarının imalinde kullanılır. Alet ve silahlarda demir alaşımlarının daha çokkullanılmakta olması, demirin bakır ve kalaya oranla daha bol bulunmasındandır.Bakırın içinde bazı metallerin çözünebilme sınırları vardır. Mesela berilyum % 2,silisyum % 5, kalay % 15 ve çinko % 38 nispetinde çözünebilir. Bir metalin miktarıçözünme sınırının üzerinde olduğu zaman alaşım homojen olmaz.Bunun yanında nikel ve alüminyum gibi sınırsız olarak bakırla karışabilen metaller devardır.Silisyum, alüminyum ve kalay bronzda en fazla bulunan elementlerdir. Bu metallerinnispeti arttıkça alaşımın sertlik ve direnci artar. Ancak parlaklığı azalır. Bronzda az birmiktarda bulunabilen diğer mühim elementler de mangan, demir, kurşun vefosfordur.Fosfor bronzu, pompaların, vanaların , burçların yapımında kullanılır.Bronzun çok kullanıldığı alanlardan biri de metal para imalidir.


Pirinç:Pirinç, bakır ve çinko katılarak elde edilen sarı renkteki alaşımların genel ismidir. Pirinçte bulunabilen diğerbazı elementler, kalay, kurşun, nikel, mangan, demir, alüminyum, arsenik, antimun ve fosfordur.Piriç oldukça tok ve kolay işlenebilen bir malzemedir. Dövülebilirliği bakır muhtevasına bağlıdır.İçeriğine göre baz prinç türleri:Amiral Pirinç :30% çinko ve 1% kalay ihtiva eder. Kalay çinkosuzlaşma tepkimesini engellemeye yardımcı olanbir elementtir.Alfa Pirinç (Pirincin kralı olarak da adlandırılır): %35'den az çinko içerir, eriyebilme özelliğine sahiptir, soğukişlenebilir ve dövülebilir. Sadece bir faz içerir (Yüzey merkezli kübik kristal yapı).Alfa-Beta Pirinci : İki fazlı pirinç olarak da adlandırılır. 35-45 % çinko ihtiva eder ve sıcak işlemeye uygundur.Hem alfa hem beta fazı içerir; beta fazı şekil merkezli kristal yapıya sahip olup alfa fazından daha sert vegüçlüdür. Alfa-beta pirinçleri genellikle sıcak işlemine tabi tutulurlar.Aluminyum bazlı pirinç : Aluminyum korozyon dayanıklılığını artırcı olarak katkı sağlar.Beta pirinç : 45-50 % çinko ihtiva eder, sadece sıcak olarak işlem görür, ve daha sert, güçlü olmasıyla dökümiçin uygundur.Ortak pirinç veya perçin pirinci : 38% çinko içerir, ucuz ve soğuk işlemeye uygundur.Yüksek bakır oranlı pirinç : 65% bakır ve 35% çinko içerir, yüksek çekme kuvvetine sahip olup yay, civata veperçin yapımında yaygın olarak kullanılır.Kurşunlu pirinç : Alfa beta pirinç alaşımına kurşun eklenmesiyle elde edilir. Kurşun içermesinden dolayıişlenebilirliği artmıştır. (kolay talaş kaldırma olanığı sağlamıştır.)Düşük çinko alaşımlı pirinç : 20% çinko içerip açık altın rengine sahiptir. Mükemmel sünek özelliğine sahipolup metal hortumları gibi esnek yerlerde tercih edilir.Deniz mavisi pirinci : Amiral pirincine yakındır, 40% çinko ve 1% kalay içerir.Kırmızı pirinç : CuZnSn alaşımı için verilen amerikan terimidir.Ayrıca silah metali olarak da adlandırılır.Beyaz pirinç : 50 % çinko içerir ve genel kullanım için çok kırılgandır.Sarı pirinç : 33% çinko içeren alaşımlar için verilen amerikan terimidir.


Amalgam:Cıva içeren alaşımlara amalgam ya da malgama denir. Cıva birçok metalle amalgam denen alaşımlar yapar.Amalgamlar, bileşimine bağlı olarak, bazıları sıvı, bazılarıkatıdır.Amalgamlardan bazıları ticari bakımdan önemlidir.Dişçilikte kullanılan gümüş amalgam, başlıca cıva içerir. %70Hg, %20 Sn, %30 Cu, %1 Zn dan oluşmuştur.Amalgam yapmayan bir kaç metalden biri demirdir. Cıvagenellikle demir kaplarda saklanır ve taşınır.


Duralümin :Mekanik direnci yüksek, hafif alüminyum alaşımıdır.Bileşiminde %4 bakır, %0,7 manganez, %1 magnezyum, %0,5silisyum ve az miktarda demir bulunur. Alüminyumun en çokkullanılan alaşımıdır. Dökme levhalar ya da profil hâlinde,klasik usullerle soğukta ya da 400°C dolayında işlenebilir. Isılişleme tutulabilen ilk alaşımdır. Oda sıcaklığında üç-dört günbırakıldığında sertliği artar.Başlıca çeşitleri, çelik üstüne sürtmeye ve aşınmaya dirençlinikelli duralümin, yapımı özen gerektiren süperduralümin,işlendiği zaman mekanik direnci yüksek olan kromluduralümin ve yine aşınmaya karşı yüksek dirençli vekaynaklama işlemlerini kolaylaştıran vedaldir.Duralüminin; uçak, otomobil, gemi sanayiinde, ayrıcafotoğrafçılık, spor malzemeleri, ev eşyaları ve kimya sanayiigibi kullanım alanları vardır.


Nikrom:Saf nikel özellikle sağlamlığı nedeniyle kullanılır. Kimyasal etkenlerden (pas)etkilenmez, hava değişimlerinden bozulmaz. Bu özelliği yüzünden nikel, birçokalaşım türünün yapımında aranan bir elemandır. Bu alaşımlardan bazılarındayüksek oranda nikel bulunur.Nikrom; bunlar az genleşir, yüksek ısılara dayanır ve deniz suyundan etkilenmez.Bazı alaşımlar da çelik esasına dayandırılır. Nikelkromlu çelikler, hiçoksitlenmediklerinden, sanayide pek çok yerde kullanılır.Birçok sanayi dalında bir nikel tuzunun elektrolitik ayrışmasıyla madenî parçalarnikelle kaplanır. Nikel kaplama yöntemi 1841′de Ruolz tarafından icat edilmişti.Nikelaj özellikle otomobillerin çelik parçalarının süslenmesinde ve ev âletlerininyapımında kullanılır. Aşındırıcı ortamlara girecek bütün eşya için, kromajdan öncede genellikle nikelaj işlemine başvurulur.


Konstantan alaşımı:Konstantan alaşımı, sıcaklıkla direnci değişmeyenalaşım olarak, özellikle ölçme cihazlarında tekbaşlarına yada bakır-konstantan, demir-konstantangibi termoçift ( Bimetal ) olarak kullanılırlar.Ayrıca, pahalı termoelemanlarda da dengelemeiletkeni olarak bu malzemeden yararlanılır.Bakır-nikel alaşımlarının diğer kullanım yerleri,madeni para yapımı, vitrin, süs eşyası, gümüşkaplanacak parçalar gibi dekoratif amaçlıdır.



ALAŞIM BİLEŞEN (%) ÖZELİKLERİ KULLANIM ALANLARI

Nikel çeliği 94 Fe. 6 Nİ Esnekliği, sertliği ve şok direnci yüksektir. Asma köprü yapımında

Krom çeliği 85 Fe, 3 Si, 3 Cr Korozyon direnci yüksektir. Mutfak malzemesi

Saçma, mermi 99.5 Pb, 0.5 As Eriyince yuvarlak damla oluşturur. Saçma ve mermi yapımı

Matbaa metali 82 Pb, 15 Sb, 3 Sn Kolay dökülür, zor aşınır. Harf dökümünde

Malgamalar Hg+SnCu, Ag, Au Plastik özellik gösterir, zamanla katılaşır. Metal elde etmek ve diş dolgusunda

Britanya metali 93 Sn, 5Sb, 2 Cu Gümüş parlaklığına sahiptir. Süs eşyasında

Lehim 60 Sn. 40 Pb Düşük sıcaklıklarda erir. Metalleri birleştirmekte

Duralumin 94 Al, 4 Cu, 1 Mg, 1 Mn Sert ve dayanıklı Uçak endüstrisinde

Mağnalyum 90 Al, 10 Mg Sert ve dayanıklı Uçak endüstrisinde ve kaplamacılıkta

Pirinç 65 Cu, 35 Zn Kolay işlenir. Elektrik malzemesi imalindeBronz 82 Cu. 16 Sn. 2 Zn Kolay dökülür. Madalya ve heykel yapımında

Alman gümüşü 50 Cu, 25 Ni, 25 Zn Korozyona dayanıklı, güzel

görünümlü ve kolay işlenebilir.Sofra takımı, süs eşyası, müzik ve dişçilik aletleri.

Nikel para 75 Cu. 25 Ni Sert yapılı ve kozyona dayanıklı. Parada

Alaşımların üretilme amacı ve tarihçesi

Alaşımlar, uygulamaların gerektirdiği fiziksel özelliklere sahip malzemelerin üretilmesiamacıyla oluşturulmaktadır. Bu konu Metalurjide önemli bir konudur. Bu gün bu husustakiçalışmalar hayli mesafe kat etmiştir.Yüksek sıcaklıklar, aşınma, kimyasal etkiler, metal yorgunluğu … vb. gibi her türlü etkilere safmetallerin yetersiz kaldığı durumlarda, gerekli olan özellikleri sağlayan niteliklerde alaşımlarkullanılır. Örneğin; demirin sertliğinin yeterli olmadığı uygulamalarda, daha sert yapıdakidemir alaşımları olan çelikler kullanılır.En bilinen alaşımlara; tunç (bakır-kalay), pirinç (bakır-çinko), lehim (kalay-kurşun) ve cıva alaşımları olan amalgamlar örnek verilebilir. Alaşımların tarihi milattan önce 4. bin yıllara kadar uzanmaktadır. İran ve Mezopotamyabölgelerinde bulunan tunç (bronz) örnekleri bu zaman diliminde tarihlenmiştir. Demirdendaha sert olan tunç; silah, kesici ve delici aletler, mutfak aletleri, süs eşyaları vb. yapımındagünümüze değin kullanılagelmiştir.Yapılan arkeolojik çalışmalarda Çin'in Sincan bölgesinde M.Ö. 1000 yıllarına ve Hindistan'ınMerkez Ganj Vadisi ve Doğu Vindhyas bölgesinde M.Ö. 1800 yıllarına tarihlenen çelikbuluntulara rastlanmıştır. Söz konusu buluntular çelik kullanımının en az 3000 yıllık birtarihinin olduğunu belgelemektedir. Tunça göre daha sert ve dayanıklı olan demir-karbonalaşımı çelik çeşitli araç gereç yapımında yaygın olarak kullanılmıştır.

Alaşımlar ve özellikleri

Alaşımlar, yoğun olup maden parlaklığında, ısı ve elektriği iletirler.

Alaşımların bazıları beyazdır. Fakat bakır ve altın gibi renkli madenler yeteri miktarda

bulunursa alaşımlar renklidir.

Genel olarak alaşımlar, kendini teşkil eden maddelerden daha sert, fakat daha az levha

haline gelebilir ve dayanıklıdırlar. (Çok fazla levha ve yaprak haline gelebilen altın, antimon

veya kurşun ile karıştırıldığı zaman sert ve kırılabilir. Bakırda, kalayla birleştiği zaman levha

haline gelebilme özeliğini kaybeder.)

Alaşımlarda her iki metal, hem katı hem de sıvı halinde birbiri içerisinde ergimiştir.

Metaller birbiri içerisinde erimezler. Bu takdirde alelade bir karışım meydana gelmiştir. Bu

alaşım mikroskop altında iki çeşit kristal gösterir. Kurşun-Antimon alaşımı gibi.

Alaşım kristali, her iki atom sayıları oranında ihtiva eder. (Sodyum malgaması, Bakır-Çinko

alaşımı, Alüminyum-Bakır alaşımı, Demir- Karbon alaşımı gibi. Fakat bu şekildeki alaşımlar

teknik bakımdan kullanılmaya elverişli değildir. Çünkü bunlar çok kırılıcıdır.)

Alaşımlar genellikle kendilerini meydana getiren metallerden daha az aktiftirler. Örneğin,

sodyum malgaması suyu daha yavaş ayrıştırır. Halbuki sodyum suya çok kuvvetli etki yapar.

Alaşımlar ve özellikleri

• Alaşımlar, yapılarına giren (az eriyebilen) madenlerden daha fazla ve daha kolaylıkla eriyebilir.

Mesela, kurşun 335 0 C, bizmut 264 0 C, kalay 228 0 C eridiği halde Bi ,Pb, Sn kısımlardan ibaret

olan alaşım 94,5 0 C de erir.

• Elektronik endüstrisinde kullanılan lehim,kalay ve kurşun değişik oranlarda karıştırılmasıyla elde

edilen bir metal alaşımdır.

Sn 63 lehimi dendiği zaman; % 63 Kalay, % 37 Kurşun içeren alaşım olduğu anlaşılır.

Tüm lehim alaşımları ( Sn 63 ) hariç erime noktası belirli bir alt sıcaklıkta başlar ve belirli bir üst

sıcaklıkta biter. Bu bölgeye plastik bölge denir.

Örnek : Sn 50 lehimi için ; Erimenin başladığı nokta = 183 C, Erimenin tamamlandığı nokta = 216 C

Yani Sn 50 lehimi 33 C’lik bir plastik bölgeye sahiptir.

• Sn 63 lehimi için ;

Erimenin başladığı nokta = 183 C

Erimenin tamamlandığı nokta = 183 C

Yani Sn 63 lehimi yaklaşık 0 C ’lik bir plastik bölgeye sahiptir. Bu tür lehimlere öteklik lehim denir.

Alaşımların Kimyasal Özellikleri

•Alaşımlar, alaşımları teşkil eden maddelerden daha az oksitlenebilen ve asitlerden daha az etkilenebilen karışımlardır.•Uçabilen bir madeni bulunan alaşımları ısı analiz eder. Bundan altın ve gümüş elde etmekte faydalanılır. Altın veya gümüş tozu önce cıva ile karıştırılır. Güderiden süzülerek cıvanın fazlası çıkarılır ve sonra alaşım ısıtılarak uçabilen madde ayırt edilir. •Genel olarak oksijen, alaşımlar üzerine etki eder. Bu halde madenden biri bir asit oksidi, diğeri, bir baz oksidi yapar. İşte bunun içindir ki kalay ve kurşun, antimon ve potasyumdan ibaret alaşımlar alevle yanar. Bazı madenler kimyaca birleşmişler ve birtakım alaşımlar yapmışlardır.•Mesela; (Sodyum cıva malgaması),(Bakır çinko),(Alüminyum bakır),(Demir karbon) bileşikleridir. Fakat bu alaşımların teknikte kullanılmaları elverişli değildir. Çabuk kırılabilirler. Bu alaşımlar belirli oranlar kanununa göre teşekkül etmişlerdir.•Alaşımların mikroskopla incelenmelerine gelince; bir alaşımın parlak yüzeyi üstüne asitler veya bazı kimyasal ayıraçlar dökülürse alaşımda muhtelif renkler görülür. Etkimeler birbirinden farklıdır. Madenin cinsine göre çeşitli irili ufaklı çukurlar meydana gelir eski şekliyle karşılaştırılır. Mikroskopta incelenir ve fotoğrafı alınır.

IV.BÖLÜM:HİDROJEN ELEMENTİ

Büyük Patlama Teorisine göre Büyük Patlamadan

sonra oluşan ilk element hidrojendir. Bu sebeple

hidrojen, evrende en çok bulunan elementtir.

Hidrojenin evrendeki bolluğu % 91 olmasına

rağmen, dünyadaki bolluk oranı çok daha azdır.

Bunun nedeni, hidrojen atomlarının çok hafif

olmasıdır. Bu sebeple hidrojen atomları çok

yüksek ortalama hıza sahiptirler ve Dünyanın yer

çekiminden kolaylıkla kurtulabilirler. Yeryüzünde

bulunan hidrojenin büyük bir kısmı bileşikler

halindedir. En önemli bileşiği de sudur. Hidrojen,

karbonla hidrokarbonları oluşturur. Hidrokarbonlar;

kömür, doğal gaz ve petrolün bileşiminde bulunur.

3.BÖLÜM

KONU BAŞLIKLARI KAZANIMLAR4. Hidrojen elementi ile ilgili olarak öğrenciler;

4.1.Hidrojen elde etme yöntemleri,

4.1. Laboratuarda ve endüstride hidrojen elde etme yöntemlerini karşılaştırır.

4.2. Hidrojen izotopları vekullanım alanları,

4.2. Hidrojen izotoplarını tanır ve kullanım alanlarına örnekler verir.

4.3. Hidrojenin kimyasal ve fiziksel özellikleri ve kullanım alanları,

4.3. Hidrojenin kimyasal ve fiziksel özellikleriylekullanım alanlarını ilişkilendirir.

4.4. İkincil enerji kaynağı olarak hidrojenin önemini, maliyetve sağlıklı çevre

4.4. İkincil enerji kaynağı olarak hidrojenin önemini, maliyet ve sağlıklı çevre bakımından irdeler.

4.1. HidrojenEvrende en bol bulunan hidrojen, dünyada 15. sırada yer alır.Hidrojenin protonyum, döteryum ve trityum olmak üzere üçizotopu vardır. İzotopların bollukları, sırasıyla, %99.98 , %0.016 ve%I 0-16 dır. Bu, doğal hidrojenin büyük ölçüde protyumdan ibaretolduğunu gösterir.

4.1.Hidrojen elementi ve hidrojenin elde etme yöntemleri,

Yalnızca bir proton ve bir elektrona sahip olan hidrojen, periyodik tabloda 1A grubundagösterilir. Bu gösterimin nedeni, alkali metaller gibi s orbitalinde bir tane değerlik elektronunasahip olması ve sulu çözeltilerinde hidroliz olabilen tek yüklü iyon (H+1) oluşturmasıdır.Bir ametal olan hidrojen, bazı özellikleri bakımından halojenlere de benzer. Örneğin NaH veCaH2 gibi iyonik bileşikler oluşturabilir ve bu bileşiklerde halojenler gibi tek negatif yüklü iyon(hidrür, H) oluşturur.Hidrojen, renksiz, kokusuz, tatsız ve zehirsizdir. Hidrojen saf haliyle ve oda sıcaklığında ikiatomlu bir gaz olarak bulunur. Havanın yoğunluğundan 14 kat daha az yoğunluğa sahip olanhidrojen, havanın içinde hızla yayılır. Hidrojenin sıvı hâle getirilmesi için -253 °C'a kadarsoğutulması gerekir. Bu işlem yüksek enerji gerektirir.

Aktif metallerin (1A grubu metalleri veCa, Sr, Ba) oda sıcaklığında suylatepkimesinden H2 gazı elde edilir

4.1.1. Hidrojenin Laboratuarda Eldesi;

+ -

2 (s) 2(g)

+ -

2(g)

elektroliz

2 2(g) 2(g)

Anot: H O 1/2O 2H +2e

Katot:2H +2e H

H O 2H +O

(k) (aq) 2(k) 2(g)Zn +2HCl ZnCl +H

(k) 2 4(aq) 2 4 3(k) 2(g)Al +3H SO Al (SO ) +3H

(k) 2 (s) (aq) 2(g)Na +H O NaOH +1/2H

(k) 2 (s) (aq) 2(g)NaH +H O NaOH +H

4(k) 2 (s) 2(aq) 2(g)NaBH +2H O NaBO +4H

Aktif (Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Ca, Ni,Sn ve Pb) metallerin asitlerleetkileşiminden elde edilir.

Sodyum hidrür ve Sodyum borohidrürün (NaBH4) su ile tepkimesinden H2 gazı elde edilir.

Sodyum borohidrürün (NaBH4) su ile tepkimesinden H2 gazı elde edilir.

4.1.1. Hidrojenin Endüstride Eldesi;

Günümüzde yaygın olarak kullanılan yöntemde, metan içeren doğal gaz yüksek sıcaklıkta subuharı ile katalitik olarak etkileştirilir.

0Ni/700-1000 C

4(g) 2 (g) 2(k) (g)CH +H O 3H +CO

Daha önceleri endüstride kok ile su buharı etkileştirilerek hidrojen üretilirdi. Su gazıtepkimesi olarak adlandırılan bu tepkimede oluşan H2 (g) ve CO(g) karışımına sentez gazıveya su gazı denir.

01000 C

(k) 2 (g) 2(k) (g)C +H O H +CO

Su gazı kaydırma tepkimesi, yaklaşık 400°C'de kendiliğinden yürür. CO2'nin kimyasalyöntemlerle uzaklaştırılmasıyla %99 saflıkla H2 gazı elde edilir.

0400 C

(g) 2 (g) 2(k) 2(g)CO +H O H +CO

Kızıl dereceye kadar ısıtılan metallerin (Fe, Mg) üzerlerinden su buharı geçirilerek hidrojenelde edilebilir. Bu yöntemde genellikle hurda demir kullanılır.

(k) 2 (g) 3 4(k) 2(g)3Fe +4H O Fe O +4H

Ni/

2 6(g) 2 (g) 2(g) (g)C H +2H O 5H +2CO

Hidrojenin protyum, döteryum ve trityum olmak üzere üç izotopu vardır. İzotoplarınbollukları, sırasıyla, %99.98 , %0.016 ve % 10-16 dır. Bu, doğal hidrojenin büyük ölçüdeprotyumdan ibaret olduğunu gösterir. Trityum radyoaktiftir ve β- bozunmasına uğrar.

4.2. Hidrojen izotopları ve kullanım alanları,

3 3 0 -

1 2 -1H He +

Bu tepkimenin yarılanma ömrü 12.35 yıldır. β- bozunmasında bir nötron, protonve elektrona dönüşür.Atmosferde trityumun bulunması, kozmik ışınlarının neden olduğu çekirdektepkimelerinin bir sonucudur.

1 1 0 -

0 1 -1n p +

Kozmik Işınlar14 1 12 3

7 0 6 1N+ n C + H

Bir nükleer reaktörden çıkan nötronlar lityum üzerine gönderilerek trityumüretilir.

6 1 4 3

3 0 2 1Li+ n He + H

Hidrojen izotoplarının kütleleri arasındaki büyük fark, kimyasal ve fiziksel farkları daha kolaygözlenebilir kılmaktadır. Bu olgu, izotop etkisi olarak bilinir.

İZOTOP BOLLUK % KÜTLE

NUMARASI

EN (K) KN(K) BAĞ ENERJİSİ

(kj mol-1)

Hidrojen 99.98 1.0078 13.96 33.19 435.9

Döteryum 0.016 2.0141 18.73 38.15 443.3

Tridyum 10-16 3.0160 20.62 40.6 446.9

H2, HD ve D2 moleküllerinin bağ kuvvetsabitleri birbirine oldukça yakın olmasınakarşın, bağ titreşim frekansları arasındabüyük farklar vardır. Titreşimfrekanslarındaki bu farklar, izotop kütleleriarasındaki farktan kaynaklanmaktadır.

izotop Bağ Kuvvet Sabitleri

Bağ Titreşim Frekansları

H25.70 4395

HD 5.73 3817

D25.74 3118



•Hidrojen zehirsiz ve havadan 14,4 kez daha hafif bir gazdır bu sebeple kullanım alanı oldukçafazladır.•Güneş ve diğer yıldızların termonükleer tepkimeyle vermiş olduğu ısının yakıtı hidrojen olup,evrenin temel enerji kaynağıdır.•Hidrojen bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahiptir(Üst ısıl değeri 140,9 MJ/kg, alt ısıl değeri 120,7 MJ/kg). 1 kg hidrojen, 2,1 kg doğalgaz veya2,8 kg petrolün sahip olduğu enerjiye sahiptir.•Petrol yakıtlarına göre ortalama 1,33 kat daha verimli bir yakıttır.•Isı ve patlama enerjisi gerektiren her alanda kullanımı temiz ve kolay olan hidrojenin yakıtolarak kullanıldığı enerji sistemlerinde, atmosfere atılan ürün sadece su ve/veya su buharıolur. Bunun dışında çevreyi kirleten hiçbir gaz ve zararlı kimyasal madde üretimi olmaz.•Döteryum ve bileşikleri; döteryum lambalarında, nükleer reaktörlerde karanlıktasoğutma/nötron yavaşlatma sistemlerinde ve bilimsel araştırmalarda (kimyasal tepkimelerderadyoaktif olmayan etiketlemelerde), çözücü olarak kullanılır.•Trityum kendi kendine ışık veren nesnelerin yapımında da kullanılır. İç yüzeyi fosforlakaplanmış borosilikat camlarının içine yüksek basınçta trityum gazı konulur. Trityum, düşükseviyeli beta ışıması yapar. Fosfor bu ışıma sayesinde ışığa ihtiyaç duymaksızın 12,43 yıl ışıkverebilir. Bu yöntemle kendinden ışıldayan yazı ve işaretler (saat, trafik işaretleri gibi)yapılabilir. Ayrıca trityum nükleer füzyon sistemlerinde de kullanılır.

Normal şartlarda elementel hidrojenin kararlı hali, IUPAC tarafından dihidrojenolarak adlandırılan H2 dir. Hidrojen molekülünün, yüksek bağ enerjisi ve aktivasyonenerjisi nedeniyle, birçok element ile verdiği tepkimeler yavaştır. Bazı özelkoşullarda H2'nin tepkimeleri oldukça hızlıdır.

4.3. Hidrojenin kimyasal ve fiziksel özellikleri ve kullanım alanları,

a. H–H bağının bir metal yüzeyinde ya da bir kompleks ile homolitik bölünmesi:Homolotik bölünme, bağ elektronlarnın atomlar tarafından eşit paylaşımı sonucubağın kırılmasıdır. H–H bağı için homolotik bölünme ;

2H-H H + H kısaca H 2H

Gaz fazında gerçekleşmesi için gerekli enerji, H–H bağının ayrışma enerjisidir.

şeklinde gösterilebilir.

4.3. Hidrojenin kimyasal özellikleri;

Platin yüzeyinde H2'nin homolitik bölünmesi, alkenlerin hidrojenlenmesinde platinin nedenkatalizör olarak kullanıldığını açıklar.Platin bu özelliğinden dolayı H+ nin H2'ye indirgenmesinde elektrot olarak kullanılır. Platinelektrotta H2, oluşumu için aşırı potansiyel oldukça düşüktür. Ayrıca platin yüzeyi H-

oluşumuna yatkındır.oluşan komplekste hidrojen H- halindedir. H2 katılmasıyla iridyumun yükseltgenme basamağı(+1) den (+3)'e yükselmektedir. Böyle tepkimelere yükselltgen-katılma tepkimeleri denir.

Bir kompleks ile tepkimesinde homolitik bölünme

platin metalinin yüzeyinde homolitik bölünme


H2 molekülü σ-moleküler orbitaldekielektron çiftini metale verirken aynıanda metalden bir çift elektron σ-moleküler orbitaline almaktadır.

Diğer bir anlatımla, H2 ile metalarasındaH2'nin σ-moleküler orbitali ilemetalin boş d orbitalininörtüşmesinden σ bağı, H2'nin boşorbitali ile metalin dolu d orbitalininörtüşmesinden ¶ bağı oluşmaktadır.


b. H bağının bir yüzeyde veya bir metal iyonu ile heterolitik bölünmesi:Heterolitik bölünme; bağ elektronlarını bir atomun alması sonucu bağın kırılmasıdır. Çinkooksit yüzeyinde H2 heterolitik olarak bölünür.

heterolitik bölünme + -

2H H +H

Zn veya Cu katalizörlüğünde H2 ve CO'dan metil alkolünsentezlenmesinde, H—H bağının heterolitik bölünmesi roloynamaktadır.

Zn/Cu

(g) 2(g) 3CO +2H CH OHH—H bağının heterolitik bölünmesiyle ilgili birdiğer örnek, bakırın hidrometalurjik indirgenmetepkimesidir:

+2 + + +

2H +Cu CuH H Cu+2H Hidrojeni hidrür olarak bulunduran CuH+,bir ara ürün olup ömrü oldukça kısadır.


Bir radikal ile H2'den hidrojen radikalininoluşturulması: Radikaller oldukça aktiftirler, birmoleküle atak yaparak bağlanır ve moleküldenyeni bir radikal oluştururlar. Böylelikle bir radikalzincirleme tepkimesi başlar. H2'nin oksijen vehalojenlerle tepkimesinde radikal zincirtepkimeleri çok yaygındır.

Örneğin, H2 ve Cl2'den HCI'yi sentezlemek içinönce ısı ya da fotonla (fotokimyasal yolla) Cl—Clbağı homolitik olarak bölünür ve klor radikalielde edilir. Bu aşama radikal zincirtepkimelerinde başlatma olarak bilinir.

Isı/Foton

2(g)

2

2

2

2

Başlama: Cl 2Cl

İelrleme:Cl +H HCl+H

H Cl HCl+Cl

Sonlanma:H H H

:Cl Cl Cl

:H Cl HCl

Klor radikali H2'ye atak yapar ve H2'den hidrojen radikalini oluşturur. Bunu,hidrojen radikalinin CI2'den klor radikalini oluşturması izler. Böylelikle hem radikalhem de HCI oluşumu zincirleme olarak devam eder.


Hidrojenin ikili Bileşikleri (Hidrürler) :Hidrojen, hemen hemen periyodik tablodaki tüm elementlerle ikili bileşikleroluşturur. Alkali ve toprak alkali metallerle oluşturduğu ikili bileşiklerde hidrojen (-1)yükseltgenme basamağındadır. Yani, bu bileşikler H- (hidrür) iyonu içerir. Hidrürteriminin bu bileşikler için kullanılması daha uygun olmakla birlikte, çoğukaynaklarda hidrojenin tüm ikili bileşikleri hidrürler olarak tanımlanmaktadır.

Hidrürler iyonik, moleküler (kovalent), metalik ve ara hidrürler olmak üzere dörtgrupta toplanabilir.


İyonik Hidrürler :Hidrojenin, berilyum ve magnezyum dışında, alkali ve toprak alkalimetallerle oluşturduğu ikili bileşikleridir. Alkali ve toprak alkali metalhidrürleri, sırasıyla, MH ve MH2, şeklinde formüle edilebilir. Bubileşiklerde hidrojen H- halindedir.iyonik hidrürler, iyonik katıların karakteristik özelliklerini gösterirler:a. Normal koşullarda katı halde bulunurlar ve elektriği iletmezler.b. Erime ve kaynama noktaları yüksektir.c. Erimiş halde iletkendirler.d. LiH dışında, apolar ve organik çözücülerde çözünmezler.

0 -1

(k) 2 f

0 -1

(k) 2 f

0 -1

(k) 2 2 f

0 -1

(k) 2 2 f

Na +1/2 H NaH H =-57 kJmol

Cs +1/2 H CsH H =-83 kJmol

Mg + H MgH H =-76,1 kJmol

Ca + H CaH H =-189,1 kJmol

MgH2 bir ara hidrürdür. H-Mg-H bağındaki kovalent karakter

nedeniyle açığa çıkan enerji değeri beklenenden düşüktür.


İyonik hidrürlerin eriyiklerielektroliz edildiğinde katottametal, anotta H2 gazı açığaçıkar.Bu, iyonik hidrürlerdehidrojenin hidrür halindebulunduğunun denel kanıtıdır.

Elektroliz

(s) (k) 2

Elektroliz

2(s) (k) 2

MH M +1/2 H

MH M + H

+ -(k) (aq)(s) 2 (s) 2

+2 -(k) (aq)2(s) 2 (s) 2

NaH +H O Na +OH + H

CaH +2H O Ca +2OH +2H

İyonik hidrürlerin eriyiklerinin elektrolizi:


(s) 2 2NaH + S Na S+ H

Dietil eter çözücüsünde NaH ile B(C2H5)3'ün etkileşmesinden, H- kaynağı olan bir hidrür kompleksi oluşur.

2 5 3 2 5 3NaH+B(C H ) Na HB(C H )

Metal hidrürlerin çözeltileri tepkimeleri oldukça şiddetlidir. Çok ince öğütülmüş NaOHnemli hava ile temas ettiğinde tutuşabilir. Böylesi yangınları söndürmek güçtür. Çünkükızgın metal hidrürleri ile temas eden CO, bile indirgenir. Böyle yangınları söndürmedesilisli kum kullanılır.Eser miktarda su bulunduran çözücülerde suyu uzaklaştırmak için ucuzluğu nedeniylegenellikle CaH, tercih edilir. İyonik hidrürler güçlü indirgen olarak davranırlar.Eser miktarda su bulunduran çözücülerde suyu uzaklaştırmak için ucuzluğu nedeniylegenellikle CaH, tercih edilir. İyonik hidrürler güçlü indirgen olarak davranırlar.


Moleküler (Kovalent) Hidrürler : Hidrojen ile moleküler hidrür oluşturan elementler;B,C,N,O,F,Si,P,S,Cl,Ga,Ge,As,Se,Br,Sn,Sb,Te,I,Pb,Bi,Po,At dir. Moleküler hidrürler normal koşullarda ya gaz ya dauçucu sıvı halde buluntular. M-H bağının kovalent karakteri yüksektir ve bu nedenle, bağ elektronlarınınortaklaşa kullanımı daha baskındır.Moleküler hidrürler, oktet kuralına göre üç grupta toplanabilir:

a. Oktedini Tamamlamamış Hidrürler: Bu gruba giren hidrürlere bor vegalyum hidrürleri örnek verilebilir. Bir merkezi atomlu moleküller (BH3 gibi)oktedini tamamlamadığından, kararsızdır ve dimer yapıda bulunurlar. Şekildegörüldüğü gibi, diboranın iskeletini kurmak için gerekli değerlik elektron sayısı16 dır. Oysa, dimer yapı 14 değerlik elektronu içerir. Bu nedenle böyle yapılaraelektronca yoksun yapılar denir.

b. Oktedini tamamlamış hidrürler: IVA Grubu hidrürlerinde merkezi atomuntüm değerlik elektronları bağlanmaya girmiştir. Yapıları tetrahedral olup,apolar moleküllerdir. Bilindiği gibi, bu hidrürlerde moleküllerarası teketkileşim, anlık dipol-indüklenmiş dipol (London) etkileşimidir. VA Grubuhidrürlerde bir elektron çifti, VIA Grubu hidrürlerde iki elektron çifti ve VIIAGrubu hidrürlerde üç elektron çifti merkezi atom üzerinde bulunmaktadır.Tüm bu hidrürlerin molekülleri polardır. Moleküller arasında Londonetkileşimine ilaveten dipol-dipol etkileşimi söz konusudur.

Azot, oksijen ve flor elementlerinin hidrürleri arasında ayrıca kuvvetlihidrojen bağları oluşmaktadır. Oktedini tamamlamış hidrürlerin elektron-nokta yapıları ve geometrik yapıları Şekilde gösterilmiştir.


c. Oktedini aşan hidrürler: VA Grubunun 3. ve daha alt periyotlarındaki bazı elementlerinoluşturduğu hidrürlerdir. Merkezi atom, beş hidrojene kovalent bağlıdır. Bunun en iyi bilinenörneği, PH5'tir . Yapısı üçgen bi piramidal olup, apolar bir moleküldür.

Ara HidrürlerAra hidrürler, iyonik hidrürler ile moleküler (kovalent) hidrürler arasında özellikleresahip hidrürlerdir. Tümü LiH'den daha fazla, diborandan daha az kovalenttir. Yapılarıgenellikle polimeriktir. Bu yapılarda birimler, hidrojen köprüleri ile birbirine bağlıdır.Ara hidrürleri oluşturan elementler Be,Mg;Cu,Ag,Au;An,Cd,Hg;In elementleridir.

Metalik (Stokiyometrik olmayan) Hidrürler :Birçok geçiş metali, hidrojen ile bir katı çözelti oluşturur. Böyle bir çözeltide hidrojen atomlarımetalik kristalin boşluklarında bulunur. Metal atomları ile hidrojen atomları arasındastokiyometrik bir ilişki mevcut değildir. Böyle hidrürlere metalik hidrür denir. Metalikhidrürlerde, metal atomu başına düşen hidrojen atomu sayısı hidrürün hazırlanma koşullarınagöre değişmektedir. MHx ile gösterilen metalik hidrürlerde x, genellikle bir tam sayı değildir.

Örneğin, H2 atmosferinde ısıtılan toz halindeki titanyum TiH1,26, paladyum ise PdH0,7 'denPdH 0,8 'e değişen hidrürler oluşturur.

4.3. 2.Hidrojenin kimyasal kullanım alanları,

1. Hidrojen, metalürjide indirgen olarak kullanılır. Metal oksitlerini metale indirger. Bu

tepkime sonucunda hidrojen, oksijenli bileşiklerle etkileşerek su oluşturur. Çevreye

zarar vermeyen ürün oluşturması hidrojenin olumlu özelliklerinden biridir.

(k) 2(g) (k) 2 (s)

(k) 2(g) (k) 2 (s)

CuO +H Cu +H O

FeO +H Fe +H O

2. Hidrojen, anorganik kimya endüstrisinde amonyak sentezinde kullanılır. Amonyak sentezi,N2 ile H2'nin yüksek sıcaklık ve basınç altındaki katalizörlü tepkimesiyle oluşur. Elde edilenNH3 gübre ham maddesi olarak kullanılır.

0Fe,380 C ve200 atm

2(g) 2(g) 3(g)N +3H 2NH

3. Besin endüstrisinde sıvı yağlardan margarin elde edilmesinde hidrojen kullanılır. Doymamış hidro karbonların doyurulması ,

0200 C ve 30 atm, Ni veya Pt

2 4(g) 2(g) 2 6(g)C H +3H C H

4.3. 2.Hidrojenin kullanım alanları,

4. Yakıt olarak kullanılır:Hidrojen gazı çelik tanklarda depolanır. Depolandığı tanktan sızabilir ve bir çatlak olmasıdurumunda çok hızlı boşalır. Hidrojen ortamdaki hava ile karışınca patlayıcı ve yanıcı bir hâlegelir. Yanma olayında hidrojen gazı hemen yanar ve hızla yukarı doğru çıkar. Diğer yakıtlar iseyanarken çevrelerinde tahribata yol açar. Hidrojenin oda sıcaklığındaki kimyasal aktivitesi çokyüksek değildir. Havada tutuşturulduğu zaman soluk mavi bir alevle yanarak su verir.

-1

2(g) 2(g) 2 (g)2H +O 2H O H=-242,8 kJ mol

Hidrojen ile oksijen gazlarından yararlanarak yüksek sıcaklık elde etmeyeyarayan alete hidrojen hamlacı adı verilir. H2 ve O2 gazları, Hidrojenhamlacı ağzına gönderilir ve burada karışım yakılır. Hidrojen metallerieriterek kaynak yapmaktadır. Burada oksijenin yanmasıyla oluşan alevinsıcaklığı 2700 °C'a kadar çıkabilir.

4.4. İkincil enerji kaynağı olarak hidrojenin önemini, maliyet ve sağlıklı çevre

Endüstri devrimi ile 1750 yılından bu yana, ekonominin gelişmesi, peş peşe beş

ayrı dalgalanma biçiminde sürmüştür.

1750-1825 yılları arasındaki birinci dalgalanmanın başat enerji kaynağı kömürdür.

1825-1860 arasındaki ikinci dalgalanmada, ekonomiye ivme kazandıran elektrik

olmuştur.

1860-1910 yılları arasındaki üçüncü dalgalanmada elektrik etkisini sürdürmüş, ama

yeni kaynak olarak petrol ortaya çıkmıştır.

1910-1970 arasındaki dördüncü dalgalanmada ekonomiyi büyüten yeni enerji kaynağı

nükleer enerjidir. Nükleer enerji ucuz ve temiz enerji olması hasebiyle hala tüm

dikkatleri üzerine çekmeye devam etmektedir.

Hidrojen ise 21. yüzyıla damgasını vurmaya çalışılan bir enerji kaynağıdır. Ancak

eldesi, depolanması gibi zorluklar insanları bu çalışmalardan alıkoyan faktörlerden bir

kaçıdır.

Bununla beraber, hidrojen kullanım verimi yüksek bir yakıttır. Çevre dostudur.

Teknolojik gelişim, çevre etkisini de içeren efektif maliyetinin diğer yakıtlardan düşük

olmasını sağlar duruma gelmiştir.

4.4. İkincil enerji kaynağı olarak hidrojenin önemini, maliyet ve sağlıklı çevre

Hidrojen bir doğal yakıt olmayıp, birincil enerji kaynaklarından

yararlanılarak değişik hammaddelerden üretilebilen bir sentetik yakıttır.

Birincil enerji kaynaklarının, fiziksel durum değişimi içeren biçimde

dönüştürülmesi ile elde edilen ikincil enerjilere, "enerji taşıyıcısı" denir.

Hidrojenin kullanılmasını gerektiren başlıca iki neden vardır.

Birincisi, fosil yakıtların yanma emisyonu karbon dioksitin artmasından

kaynaklanan, global ısınmaya neden olan çevre sorunu.

İkincisi, petrol ve doğal gaz gibi akışkan hidrokarbonların bilinen

üretilebilir rezerv ömürlerinin gittikçe azalmasıdır.

Bununla beraber gelişmiş ülkeler hidrojen enerjisi kullanma yerine

güvenilir nükleer enerj santralleri kurarak daha temiz ve çevre dostu

enerji elde etme yollarını denemektedirler.

4.4. Hidrojen Üretimi, Depolanması ve Taşınması

Hidrojen üretiminde tüm enerji kaynakları kullanılabilmektedir.1. Suyun direkt elektrolizi: Elektroliz için elektrik ihtiyacı, fosil yakıtlardan,hidroelektrik kaynaktan, nükleer güçten, jeotermal enerjiden, güneş, rüzgar vedeniz dalga enerjilerinden elde olunabilir. Gelecek için üzerinde en çok durulanyöntem güneş enerjisinin kullanılmasıdır.2. Suyun ısıl parçalanması (termal kraking): Suyun ısıtılarak (katalizörleryardımıyla) bileşenlerine ayrılması dır.3. Doğal gazın ve gaz hidrokarbonların buhar reformasyonu: Doğalgazınbozunmasıyla hidrojen elde edilir.4.Kömür gazifikasyon yöntemi: Termal gazifikasyon yüksek sıcaklıkta ve oksijenliortamda organik atıklardan sentetik gaz üretilmesi prosesidir. Gazifikasyon işlemikolaylıkla kükürtün elimine edilmesine olanak tanıdığından çekici bulunmaktadır.Ortalama olarak 6 kg kömürden 3.785 lt benzine eşdeğer 1 kg hidrojen elde olunur.4.Diğer yöntemler: Fotoelektrokimyasal, biyolojik ve biyokimyasal yöntemlerle dehidrojen üretilmektedir. Ayrıca, denizlerde direkt güneş enerjisi çevrimi ile hidrojenüretimi, uzay güneş güç istasyonlarının enerjisiyle hidrojen üretimi gibi yöntemlerüzerinde çalışılmaktadır.

Hidrojenin depolama yöntemleri;

1.Tüplenmiş alçak basınçlı gaz (12 bar) biçiminde;

2.Tüplenmiş yüksek basınçlı gaz (150 bar) biçiminde;

3. Sıvılaştırılmış gaz (150 bardan yüksek) biçiminde;

4. Kriyojenik (dondurulmuş) (220 kPa) biçiminde;

5. Metalik hidrid biçiminde biçiminde;

6. Zeolit (gözenekli maddeler) ortamlarda depolanmaktadır.

Hidrojenin Taşınması;

1. Doğal gaz boru hatlarının gelecekte hidrojen taşınması için kullanılabileceği

düşünülmektedir.

2. Hidrojen gaz biçiminde boru hatlarıyla taşınabildiği gibi, yüksek basınçlı gaz ve

sıvılaştırılmış biçimde tankerlerle taşınabilmektedir.

3. Hidrojenin hidridlerle depolanması ve taşınması da önemle ele alınmaktadır.

Anlaşıldığı gibi hidrojen üretimi, depolanması ve taşınması beraberinde

önemli zorluklar getirmektedir. Bu zorluklar düşünüldüğünde nükleer enerjinin

önemi daha da anlaşılmaktadır. Bu sebeple ülkemizde de de diğer gelişmiş

ülkelerde olduğu gibi nükleer enerji çalışmaları başlamış ve davam etmektedir.

4.4. Hidrojen Üretimi, Depolanması ve Taşınması

V.BÖLÜM: ALKALİ VE TOPRAK ALKALİ METALLER

1A grubu elementlerinin sem bolleri; H, Li, Na, K, Rb, Cs ve Fr

5.Alkali metalleri ile ilgili olarak öğrenciler;KONU BAŞLIKLARI KAZANIMLAR

5.1. Alkali metallerin doğal

kaynakları, 5.1. Alkali metallerin doğal kaynaklarını sıralar.

5.2. Alkali metallerin fiziksel

ve kimyasal özellikleri,

5.2. Alkali metallerin fiziksel ve kimyasal

özelliklerini açıklar.

5.3. Alkali metallerin genel

elde edilişi yöntemleri,

5.3. Alkali metallerin genel elde ediliş yöntemlerini

örneklerle açıklar.

5.4. Alkali metallerin

kullanım alanları,

5.4. Alkali metallerin kullanım alanlarına örnekler

verir.

5.5. Alkali metallerin önemli

bileşiklerinin, ad, formül ve


5.5. Alkali metallerin önemli bileşiklerinin, ad,

formül ve kullanım alanlarını listeler.

5.1.1. Alkali alkali metallerin doğal kaynakları,

Alkali Metaller: Alkali metaller doğada nispeten bol bulunurlar.Bu elementlerin bazı bileşikleri tarih öncesi yıllardan beri bilinmekteve kullanılmaktadır. Alkali metal bileşiklerini sıradan kimyasalyollarla bozmak zor olduğundan, bu elementlerin keşfedilmesizaman almıştır. Sodyum (1807) ve potasyum (1807) elektroliz ilekeşfedilmiştir. Sezyum (1860) ve rubidyum (1861) yayılmaspektrumlan ile yeni elementler olarak tanınmışlardır. Fransyum(1939) aktinyumun radyoaktif bozunma ürünü olarak elde edilmiştir.

Önemli bir lityum kaynağı olan spodümen minerali LiAl(SiO3)2 dir.Alkali metal bileşiklerinin çoğu suda çözündükleri için Li, Na ve Kbileşikleri (klorürler, karbonatlar ve sülfatlar) deniz suyundan eldeedilirler.NaCl, KCl ve Na2CO3 gibi bazı alkali metal bileşikleri katı birikintihalinde madenlerden çıkarılırlar. Sodyum klorür ayrıca denizsuyundan da elde edilir.Rubidyum ve sezyum, lityum yataklarının işlenmesi sırasında yanürün olarak elde edilirler.Alkali metaller yüksek metalik karakterler göster diklerindenelektrot potansiyelleri yüksek negatif değerlerdedir.

5.1.1. Alkali alkali metallerin doğal kaynakları,

Li: Magmatik kayalar (pegmatit)

Na: NaCI ( kaya tuzu ve deniz suyu), feldspat

(Na2O. Al2O3. 6SİO2)

K: Feldspat (K2O. Al2O3. 6SiO2), göl/deniz suyu,

güherçile (KNO3)

Rb ve Cs: Diğer alkali metal bileşiklerinde safsızlık

olarak bulunur.

5.2. 1. Alkali metallerin fiziksel ve kimyasal özellikleri,

1. Alkali metallerin erime ve kaynama noktaları düşük olup, grupta aşağıya doğru inildikçe erime vekaynama noktaları daha da düşer. Sezyumun erime noktası o kadar düşüktür ki, sıcak günlerde sıvıhalde bulunabilir.

2. Bıçakla kesilebilecek kadar yumuşaktır. İlk kesildiklerinde yüzeyleri gümüş parlaklığındadır.3. Diğer metallerin aksine, yoğunlukları ve erime noktaları oldukça düşüktür. Lityum, sodyum ve

potasyum yoğunlukları ilginç bir şekilde sudan daha küçüktür.4. Atom çapları aynı periyotta bulunan diğer elementlerden daha büyüktür.5. Elektrik akımını ve ısıyı iletirler.6. Dış orbitaldeki tek elektronu kolaylıkla verip elektron sistemlerini asal gazlara benzeterek +1

değerlikli iyon (katyon) halinde bileşikler oluştururlar.7. Alkali metal atomlarında elektronlar, çekirdekten uzakta olduklarından koparılmaları kolay,

iyonlaşma enerjileri düşük ve dolayısıyla en kuvvetli elektropozitif elementlerdir.8. Işıklandırıldıklarında elektron yayabilirler. Bu sebepten potasyum ve sezyum foto-elektrik

hücrelerde kullanılırlar.9. Tabiatta en bol bulunanları sodyum ve potasyumdur. Yer kabuğunda bulunan elementler içinde

altıncı ve yedinci sırayı alırlar. Lityum daha az bulunmasına rağmen, hemen hemen bütün kayalardaaz miktarda rastlanır. Rubidyum ve sezyum çok az bulunur. Radyoaktif bir element olan fransiyumtabiatta hiç bulunmaz. Ancak nükleer reaksiyonlarla eser miktarlarda oluşabilir.

10. Alkali metaller tabiatta serbest halde bulunmazlar ancak bileşikleri halinde bulunurlar.11. Alkali metaller, genellikle, eritilmiş tuzların elektroliziyle elde edilirler.12. Alkali metaller, aleve tutulduklarında çeşitli renkler oluştururlar; Li, Na ve K tuzu çözeltisine

batırılmış bir platin tel, alevi sırasıyla; kırmızı, sarı ve menekşe renge boyar.13. Alkali metaller su ile reaksiyona girip, hidrojen gazı verirler. Alkali metallerin su ile etkileşimi oldukça

şiddetlidir. Reaksiyonun şiddeti yukarıdan aşağı inildikçe artar.


Alev Renkleri : 1A metallerinin dış kabuk s ve p orbitalleri arasındaki enerji farkları, görünürışığın belli dalga boylarına karşılık gelir. Sonuç olarak, 1 A grubu metalleri alevdeısıtıldıklarında karakteristik alev renkleri verirler.

(g) (g) (g)

(g) (g)

1 1

(g) (g)

NaCl Na +Cl

Na Na

3 3p

Na Na (589 )

s

hv nm sarı

Su ile tepkimeleri: 1A grubu elementleri suyla tepkimeye girerek metal hidroksitleri vehidrojen gazı oluştururlar

(k) 2 ( ) (aq) 2( )

(k) 2 ( ) (aq) 2( )

2Na +2H O 2NaOH +H

2K +2H O 2KOH +H

s g

s g


•Alkali metaller havayla temas ettiklerinde havadaki oksijenle birleşerek oksitlerini oluştururlar. Lityum, oksijenle lityum oksidi oluşturur.•Li dışındaki diğer alkali metaller oksit veya peroksit oluştururlar. •Potasyum, rubidyum ve sezyum elementleri oksijenle oksit ve peroksit dışında süperoksitde oluştururlar.

(k) 2( ) 2 (k)

(k) 2( ) 2 (k)

(k) 2( ) 2 2(k)

(k) 2( ) 2 (k)

(k) 2( ) 2 2(k)

(k) 2( ) 2(k)

4Lİ +O Li O ( )

4Na +O 2Na O ( )

2Na +O Na O ( )

4K +O 2K O ( )

2K +O K O ( )

4K +O 2KO ( )

g

g

g

g

g

g

oksit

Oksit

peroksit

Oksit

peroksit

Süperoksit

5.3. Alkali metallerin genel elde edilişi yöntemleri,

Lityum ve sodyum erimiş klorürlerinin elektrolizinden elde edilirler.

(s) (s) 2(g)2NaCl 2Na +Cl (600 °C de)elektr

NaCl ün erime noktası 801 °C olup, elektrolizin ekonomik olması için fazla yüksek birsıcaklıktır. Karışıma CaCl2 katılarak erime noktası düşürülür. Elektrolizde kalsiyum metali deoluşur, sıvı metal soğutulduğunda Na(s) dan çökerek ayrlır. Son ürün % 99,95 Na içerir.

Potasyum metali, erimiş KCl ün sıvı sodyum ile indirgenmesinden elde edilir. 0850 c

(s) (s) (s) (g)KCl Na NaCl K

Bu tepkime tersinirdir; düşük sıcaklıkta KCl(s) ün pek çoğu teplkimeye girmez.Buna karşın, 850 °C de erimiş karışımdan K(g) un uzaklaştırılmasıyla denge sağakayar (Le Châtelier ilkesinin bir uygulaması) ve tepkime ileri yönde ilerletilir.Rb ve Cs, Ca metalinin indirgen olarak kullanılmasıyla hemen hemen aynıyoldan elde edilir.

5.4. Alkali metallerin kullanım alanları,

Sodyum metalinin indirgen olarak kullanıldığı en önemli alanlar, titan, zirkonyum ve hafniyumgibi metallerin elde edilmesidir.

4TiCl 4Na 4NaCl Ti

Sodyum metali nükleer reaktörlerde ısı transfer ortamı olarak da kullanılır. Bu amaçiçin sıvı sodyum özellikle çok uygundur; çünkü erime noktası düşük, kaynamanoktası yüksek ve buhar basıncı düşüktür. Ayrıca ısı geçirgenliği ve özgül ısısı diğersıvı metallerin çoğundan daha büyüktür. Düşük yoğunluğu ve düşük viskositesikolay pompalanmasını sağlar. Sodyum, sodyum buharı lambalarda çevreaydınlatılmasında yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Her lambada sadece birkaçmiligram Na kullanıldığından, bu uygulamada toplam olarak harcanan miktaroldukça düşüktür.

Lityum metali alüminyum ve magnezyum ile çok sert, düşük yoğunluklu alaşımlar verir. Bualaşımlar uzay araçları ve uçak endüstrisinde kullanılır. Lityumun yükseltgenmesi kolayolduğundan ve küçük bir lityum kütlesi çok sayıda elektron verdiğinden, lityum metali pillerdeanot olarak gittikçe artan bir kullanıma sahiptir. Lityum pilleri, uzun ömürlü ve yüksekgüvenirliğe sahip pillerdir ve kalp pili gibi sık değiştirilmeyen durumlarda özellikle kullanışlıdır.Cep telefonlarından, kameralarda ve dizüstü bilgisayarlarda kullanılan yeniden yüklenebilir,çok yeni lityum pilleri lityum-iyon hücreleri olarak adlandırılırlar.

5.5. Alkali metallerin önemli bileşiklerinin,ad,formül ve kullanım alanları,

Halojenürler:Alkali metallerin tümü halojenlerle şiddetli olarak, bazen patlayarak tepkimeye girer veiyonik halojenür tuzlarını oluştururlar. Bunların en önemlileri NaCl ve KCl dür.Kimyasal maddelerin üretimi için tüm mineraller içinde en fazla sodyum klorür kullanılır. Bubileşik doğadan doğrudan doğruya elde edilir. Amerika Birleşik Devletlerinde yıllık kullanılansodyum klorür miktarı yaklaşık 50 milyon tondur. Tuz, mandıralarda et ve balığınbozunmasını önlemede, yollarda buzlanmaya karşı ve su yumuşatıcılarmı yenilemedekullanılır. NaCl, kimya sanayiinde sodyum metali, klor gazı, hidroklorik asit, ve sodyumhidroksit gibi pek çok kimyasal maddenin eldesinde çıkış maddesidir.Potasyum klorür doğal olarak oluşan tuzlu sulardan (tuzların derişik çözeltisi) elde edilir.Bitki büyümesinde potasyum temel bir element olduğundan, KCl bitki gübrelemede oldukçayaygın kullanılır. KOH, KNO3 ve sanayide önemli diğer potasyum bileşiklerinin eldeedilmesinde KCl den yola çıkılır.


Karbonatlar ve Sülfatlar:Li2CO3 dışında alkali metal karbonatlarının tümü ısıya dayanıklı bileşiklerdir. Gerçekte,lityumu grubun diğer üyelerinden ayıran birkaç özelliği vardır:. Bunlar; Nitrür (Li3N)oluşturabilmesi, karbonatının suda az çözünmesi ve yüksek sıcaklıkta oksidininkarbonatından daha kararlı olmasıdır.Bu yönden Li tümüyle Mg un özelliklerine benzemektedir. Bu benzerlik diyagonal ilişkiolarak adlandırılır. Böyle bir ilişki Be ve Al arasında ve B ve Si arasında da vardır.

Lityum karbonat manik-depresif hastalann tedavisinde kullanılır. Günlük doz olarak 1-2 gLi2CO3, kandaki Li+ düzeyini litrede 1 milimol civarında tutar. Bu tedavi Na+ ve K+ ile Mg2+ veCa2+ iyonlarının hücre zarından geçiş dengelerini etkiler.

Sodyum karbonat başlıca cam yapımında kullanılır. Birleşik Devletlerde üretilen Na2CO3

çoğunlukla doğal kaynaklardan gelir. Trona minerali, Kaliforniya'da kuru göl yataklarında vebatı Wyoming'te uçsuz-bucaksız birikintilerde bulunur.


Solvay Yöntemi:Belçikalı kimyacı Ernest Solvay tarafından 1963’te bulunan bir yöntemle, başlıcaNaCl, CaCO3ve NH3 ten Na2CO3 aşağıdaki denklem gereği elde dilmekte idi.

+ - + -

3 2 2 3(k) 4

3(k) 2 3(k) 2(g) 2 (g)

Na +Cl +NH +CO +H O NaHCO +NH +Cl

NaHCO Na CO +CO +H O


Sodyum sülfat; kısmen doğal kaynaklardan, kısmen nötürleşme tepkimelerinden vekısmen Johann Rudolph Glauber tarafından 1625 te bulunan yöntemle elde edilir.Na2SO4 en çok kağıt sanayiinde kullanılır. Kağıt yapımındaki kraft (sülfat) işleminde,NavS ün alkali çözeltisinde hamur haline gelen ağaçtan, istenmeyen ligninuzaldaştırıhr. Na2SO4 ın karbon ile indirgenmesi Na2S verir.

2 4(der) (k) 4(k) (g)

4(k) (k) 2 4(k) (g)

H SO +NaCl NaHSO +HCl

NaHSO +NaCl Na SO +HCl

2 4(k) (k) 2 (k) (g)Na SO +4C Na S +4CO

Alkali Metal Oksitleri;Alkali metaller oksijenle hızlı bir şekilde tepkimeye girerekbirkaç değişik iyonik oksit verirler. Uygun koşullarda (genellikle az oksijende) alkalimetallerin M2O formülünde oksitleri hazırlanabilir. Li aşırı oksijenle Li2O ve azmiktarda peroksit Li202, oluşturmak üzere tepkimeye girer.Na ise, aşırı oksijenle çok miktarda peroksit Na2O2 ve az mik-tarda Na2Ooluşturmaküzere tepkime verir.K, Rb ve Cs oksijenle tepkimeye girerek süper oksitleri, MO2 oluştururlar.


Peroksitler O22- iyonunu içerirler ve oldukça kararlıdırlar. Sodyum peroksit ağartıcı

ve güçlü oksitleyici olarak kullanılır. Li2O2 ve Na2O2 denizaltılarda ve uzaygemilerinde ilk yardım solunum cihazlarında kullanılırlar. Çünkü bunlar karbondioksit ile tepkimeye girerek oksijen üretirler.

2 2(k) 2(g) 2 3(k) 2(g)2M O +2CO 2M CO +O (M=Li,Na)

Bu amaçla KO2 (potasyum süperoksit) de kullanılabilir.Alkali metallerin oksitleri, peroksitleri ve süperoksitleri su ile tepkimeye girerekbazik çözeltiler oluştururlar. O2- iyonunun su ile tepkimesi bir asit-baz tepkimesiolup, hidroksit iyonlan oluşturur. Peroksit ve süperoksit iyonları su ile tepkimeyegirerek yükseltgenme-indirgenme tepkimesiyle hidroksit iyonlan ve O2 verirler.


Alkali Metallerin Hidroksitleri:Alkali metal hidroksitleri, alkali metallerinin su ile tepkimesinden de eldeedilebilirler.Alkali metallerinin hidroksitleri kuvvetli bazdır. Çünkü bunlar sulu çözeltideayrışarak hidroksit iyonlarını verirler.Sodyum hidroksit ticari olarak NaCl(aq) ün elektrolizi ile elde edilir.KOH ve LiOH benzer şekilde elde edilirler.Alkali hidroksitlerinin önemli bir kullanım alanı sabun ve deterjan yapımı dır.Sodyum sabunları bildiğimiz katı (kalıp) sabunlardır.Potasyum sabunlarının erime noktası düşüktür ve yumuşak sabunlardır.Lityum stearat evlerde kullanılmayacak bir sabundur, yağları gresler şeklindekalınlaştırır. Bu gresler çok başarılı su iticilerdirler ve hem düşük hem de yükseksıcaklıklarda kaydırıcı özellikleri vardır. Gresler normal yağların uzaklaşacağıkoşullarda hareketli metal parçaları ile temasta karışırlar.


Alkali Metal

Bileşikleri Kullanım alanları

Li Li2CO3 Tıp ta bazı uygulamalarda,

NaNa2CO3 Sabun, deterjen, ilaç ve yiyecek katkı maddelerinin elde

edilmesinde, suyun arıtılmasında, cam endüstrisinde,

Na NaHCO3 (soda) Gıda endüstrisinde

NaNaOH Birçok anorganik ve organik bileşik sentezinde, sabun üretiminde,

Na NaCI Sofra tuzu olarak,

Na Na2SO4.10H2O Tekstil endüstrisinde,

K KNO3 Gübre endüstrisinde, kibritlerde, barut yapımında,

K KCl İlaç endüstrisinde, fotoğrafçılıkta ,

KOH Bazı akümülatörlerde elektrolit olarak, sabun üretiminde,

RbRbAg4I5 (Rubidyum pentaiyodoargenta)İnce film şeklindeki pillerin

yapımında,

2A grubu elementleriBe, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra

5.Toprak alkali metalleri ile ilgili olarak öğrenciler;


5.6. Toprak alkali metallerin doğal kaynakları,

5.6. Toprak alkali metallerin doğal kaynaklarını sıralar.

5.7. Toprak alkali metallerin fiziksel ve kimyasal özellikleri,

5.27. Toprak alkali metallerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini açıklar.

5.8. Toprak alkali metallerin genel elde edilişi yöntemleri,

5.8. Toprak alkali metallerin genel elde ediliş yöntemlerini örneklerle açıklar.

5.9. Toprak alkali metallerinkullanım alanları,

5.9. Toprak alkali metallerin kullanım alanlarına örnekler verir.

5.10. Toprak alkali metallerin önemli bileşiklerinin, ad, formül ve kullanım alanları,

5.10. Toprak alkali metallerin önemli bileşiklerinin, ad, formül ve kullanım alanlarını listeler.

5.6. Toprak alkali metallerin doğal kaynakları,

2A grubu elementleri 1A grubu elementleri kadar yaygındır.Kalsiyum ve magnezyumun yer kürede çok bol bulunurlar, en azbulunan üyesi de berilyuma dur.Berilyum;beril minarellerinde, diğer elementler çoğunluklakarbonatlar, sülfatlar ve silikatlar halinde bulunurlar. Radyum komşugruptaki fransiyum gibi radyoaktiftir ve sadece eser miktardabulunur.Be: Zümrüt (Be3AI2Si6O18) ve kedi gözüMg: Magnezit (MgCO3)Ca: Kireç taşı / kalsit (CaC03)Sr: Stronsiyonit (SrCO3)Ba: Barit (BaSO4), viterit (BaCO3)Toprakta ve alkali topraklarda 1Ave 2A grubu elementlerinin oksitleri de bulunur. Bunlara Li20, Na20, K20, BeO, CaO örnek verilebilir

Zümrüt

MagnezitBarit


1. Toprak alkali metallerin erime ve kaynama noktaları yüksek olup, grupta aşağıya doğruinildikçe erime ve kaynama noktaları genellikle azalır.

2. Toprak alkali metaller bıçakla kesilebilecek kadar yumuşaktır.3. İlk kesildiklerinde yüzeyleri gümüş parlaklığındadır. Hızlı oksitlendiklerinden zamanla

metalik renklerini kaybederler.4. Berilyum yerkabuğunda çok nadir bulunur.5. Kalsiyum dünyada en bol bulunan 5. Elementtir.6. Yoğunlukları ve erime noktaları 1 A grubu elementlerine göre yüksek, diğer metallere göre

genelde düşüktür.7. Atom çapları aynı periyottaki 1A grubu elementlerine göre daha küçüktür. 11. Elektrik

akımını ve ısıyı iletirler.8. Dış orbitaldeki 2 elektrondan dolayı kısmen de olsa kararlı maddelerdir. Bu sebeple

iyonlaşma enerjileri 3A grubu elementlerinden daha yüksektir.9. Kimyasal tepkimelerinde yapılarını asal gazlara benzeterek +2 değerlikli iyon (katyon)

halinde bileşikler oluştururlar.10. 2A grubu elementleri tabiatta bileşikleri halinde bulunurlar. Genellikle bileşiklerinde elde

edilirler.11. Ca, Sr, Ba elementleri Be’ göre çok aktiftirler12. Gene Ca, Sr, Ba tuzları alev denemesinde iyi sonuç verirler. Ca tuzları portakal sarısı, Sr

tuzlarının kırmızı, Ba tuzları alev rengi ise sarı, yeşildir.


2A grubu elementlerinden berilyum ve magnezyumun bazı bileşikleri iyonik bileşiközelliğinden 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.

(k) 2 (g)

(k) 2 (g) 2(suda) 2(g)

(k) 2 (g) 2(suda) 2(g)

Be +2H O Tepkime vermez

Ca +2H O Ca(OH) +H

Ba +2H O Ba(OH) +H

Kalsiyum, stronsiyum ve baryum oda sıcaklığında oksijenle tepkimeye girerek oksitlerinioluştururlar. Berilyum ise ancak yüksek sıcaklıkta oksijenle tepkimeye girerek berilyum oksidioluşturur.

(k) 2(g) (k)2Me +O 2MeO Me=Ca,St,Ba

Magnezyum, havada magnezyum oksit ve magnezyum nitrit vermek üzere parıltılı bir şekildeyanar.

(k) 2(g) (k)

(k) 2(g) 3 2(k)

2Mg +O 2MgO

2Mg +N 2Mg N


Berilyum bazı fiziksel özelliklerinin diğer grup elementleriyle karşılaştırılması;

• Berilyum daha yüksek erime noktasına sahiptir ve diğerlerine göre daha serttir.

•Be su ve hava ile tepkime vermez.

•BeO su ile tepkime vermez, diğer MO oksitleri M(OH)2 oluştururlar.

•Be ve BeO kuvvetli bazik çözeltilerde BeO22- iyonun oluşturmak üzere çözünürler.

•BeCl2 ve BeF2 erimiş halde elektriği az iletirler; kovalent bileşiklerdir.

•Berilyumun kimyasal davranışlarını atomlarının küçüklüğüne ve yüksek iyonlaşma

enerjilerine bağlayabiliriz. •Berilyumun, Be2+ iyonu oluşturma eğilimi çok azdır;

berilyumun oluşturduğu bileşikler onun kovelent bağ yapma yeteneğinin

olmasındandır.

•Ametal oksitler genelde metal oksitlerden daha asidik olmamasına karşın, BeO bir

asidik oksittir. Bu davranış berilyum iyonlarının küçüklüğü ve iyonik 2+ yükün bağıl

büyüklüğünden ileri gelmektedir. Berilyum atomları kovalent bileşiklerinde melez

orbitallar kullanılırlar.

5.8. Toprak alkali metallerin genel elde ediliş yöntemleri ve kullanıldığı yerler

•Berilyum elementinin; beril mineralleri doğal kaynağıdır. Bu mineral BeF2 e dönüştürülür veMg ile indirgenir.•Berilyum metali alaşımların yapılarında kullanılır. (Bunun başlıca nedeni, hafif olmasıdır.)• Metal yorulmasına karşın dayanıklı olduğundan, yaklaşık % 2 Be içeren bakır alaşımı yay,pens ve elektrik kontaklarında kullanılır.•Be atomu X-ışınlarını ve nötronları kolay soğurmaz ve bu nedenle berilyum metali X-ışınlarıtipleri için "pencere" ve nükleer reaktörlerde çeşitli parçaları yapmada kullanılır.•Berilyum bileşikleri son derece zehirlidir ve fazla kullanım alanı yoktur.•Buna ek olarak havada 0,002 ppm kadar düşük bir seviyede bulunmalarının bile, kansereneden olmasından şüphelenilmektedir.

Gaz halindeki BeCl2 molekülleri şemada gösterildiği gibi bağ yaparlar. Katı haldeki BeCl2 deiki Cl atomu Be atomuna normal kovalent bağ ile bağlanmışlardır. Diğer iki Cl atomu iseklor atomlarının eşleşmemiş elektronlarını vermesi (oklarla gösterilmiştir) ile oluşankoordine kovalent bağlarla bağlanmışlardır.

5.8. /5.8. Toprak alkali metallerin genel elde ediliş yöntemleri ve kullanıldığı yerler

Magnezyumun kaynağı deniz suyu ya da doğal tuzlu sulardır. Deniz suyunda Mg2+ yaklaşık 1350 mg/Loranında bulunur. Dow yönteminin ilk basamağı, OH- kaynağı olarak sönmüş kireç [Ca(OH)2] kullanmaksuretiyle Mg(OH)2(k) in çöktürülmesidir. Sönmüş kireç, sönmemiş kireç (CaO) in su ile tepkimesiden oluşur.Çöken Mg(OH)2(k) yıkanır, süzülür ve HCl(aq) de çözülür. Oluşan derişik MgCl2(aq) buharlaştırılarak kurutulur,sonra eritilir ve saf Mg metali ve Cl2(g) vermek üzere elektroliz edilir. Cl2(g) HCl e dönüştürülür ki, bu yenidençevrime girer.Magnezyum herhangi bir yapı metalinden daha az yoğundur ve hafifliği nedeniyle değerlidir. Uçakparçaları gibi nesneler, magnezyumun alüminyum ve diğer metallerle oluşturduğu alaşımından yapılırlar.Magnezyum iyi bir indirgendir ve daha önce sözü edilmiş olan berilyumun üretiminde olduğu gibi, birçokmetalurjik işlemde kullanılır. Magnezyumun kolay oksitlenmesi, aşınan anotların korozyonunu önlemedede kullanılmasının temelini oluşturur. Ancak, magnezyumun en çarpıcı kullanım alanı havai fişeklerdir.

Magnezyum metali, sıvı klorüründen Dow yöntemi ile elde edilir.


Halojenürler :Grup 2 metalleri doğrudan halojenlerle tepkiyerek halojenürleri verirler. Buhalojenürler, berilyumunkiler dışında, oldukça iyoniktirler.

2 2M+X MX (M=Mg,Ca, Ca)(X=F,Cl,Br ve I)

Halojenürler değişik alanlarda kullanırlar.Örneğin, MgCl2, magnezyum metali eldesi yanında, yanmaz kereste yapımında veyangın söndürücülerde kullanılır. Ayrıca, özel çimentoların eldesinde, seramiklerde,tekstil sanayiinde ve soğutucu tuzlu sularda kullanılan başlıca bileşiklerdendir.

Karbonatlar ve Sülfatlar; 2A karbonatları, Ca, Sr ve Ba un sülfatları, sudaçözünmezler. Bu nedenle grubun en önemli mineralleri bu bileşiklerdir.Dünyada en çok bilinen mineral, bir kalsiyum minerali olan kireç taşıdır (CaCO3).Eğer kireçtaşı %5 den fazla MgCO3 içerirse dolomitik kireçtaşı veya dolomit olarakadlandırılır. Kireç taşında bir miktar kum, kil veya kuvartz bulunabilir. Kireç taşınınen çok kullanıldığı (yaklaşık %70) yer inşaatlardır. Ayrıca kireçtaşı, sönmemiş kireçve sönmüş kireç üretiminde, camda katkı maddesi ve metalürji işlemlerinde akıolarak kullanılır. Akı metal üretimi sırasında metaldeki mineral safsızlıklarınısoğuran ve onları serbest akışkan sıvı halinde alan maddedir.


Karbonatlar suda çok çözünmemesine rağmen bunlar bazdır; bu nedenle asidik çözeltilerdekolayca çözünürler. CaCO3 (k) + H2O+ CO2 → Ca(HCO3) 2(aq)

Bu çözünme süreci kireçtaşı yatağında büyük oyuklar (mağaralar) açabilir. Verilen tepkimetersinirdir, çözeltinin buharlaşması suyun ve CO2 in kaybına ve Ca(HCO3) 2(aq) ün CaCO 3 (k) a(sarkıt)dönüşmesine neden olur.Beyaz renkli saf CaCO3 pek çok ürünün yapımında kullanılır.Örneğin, kağıt yapımında kağıda parlaklık, düzgünlük ve iyi mürekkep emme özelliklerinikazandırır. Raf ömrünün 300 yıl veya daha uzun olması beklenen asitsiz (alkali) kağıt yapımı olanyeni kağıt teknolojisinde CaCO3 kullanımı uygundur. CaCO3 plastik, lastik, taban döşemesi,yapıştırıcı yapımında olduğu kadar parfümeri ve gıda imalatında dolgu maddesi olarak kullanılır.Asit giderici olarak ve kemiklerin gözenekli ve kırılgan hale gelmesine (osteoporos) engel olmakiçin uygulanan diyette destek maddesi olarak kullanılmaktadır.

Kireç taşından saf CaCO3 üç basamakta elde edilir: 1. Kireç taşının ısısal bozunması (kalsinasyon) 2. CaO in su ile tepkimesi (söndürme) 3. Sulu Ca(OH)2(k)süspansiyondan CaCO3 ün çöktürülmesi (karbonasyon).

3(k) (k) 2(g)

(k) 2 (s) 2(k)

2(k) 2(g) 3(k) 2 (s)

Kalsinasyon: CaCO CaO + CO

Söndürme: CaO + H O Ca(OH)

Karbonasyon: Ca(OH) + CO CaCO + H O

CaC

O3


2A grubu karbonatlanmn (MCO3) diğer bir özelliği, yüksek sıcaklıklarda bozunmalarıdır.MCO 3 (k) → MO (k) + CO 2(g)

Bu tepkime, 2A grubu metal oksitlerinin elde edilmesinde ana yöntemdir.1A grubu metallerinin karbonatlan, Li2CO3 dışında, bu ısısal bozunma özelliğine sahip değildir.Bu nedenle, Solvay yönteminde NaHCO3 ısıtılması Na2CO3 verir, fakat daha ileri bir bozunmameydana gelmez.

Kalsiyum içeren diğer önemli mineral alçı taşı CaSO4.1/2 H2O, dir.CaSO4+2H2O +ısı → CaSO4.1/2 H2O(k) +3/2 H2O(g)

Alçı su ile karıştırıldığında alçı taşına dönüşür. Katılaşırken genişlemesi nedeniyle, su ve alçıkarışımı bir cismin keskin ayrıntılarının alınması için kalıp yapmada kullanılır. Alçı mücevheryapımında ve dişçilikte yaygın olarak kullanılır. Bununla birlikte, en önemli kullanma alanı,alçı duvar (hazır duvar) üretimidir. Alçıtaşı, yapı endüstrisinde diğer iç duvar kaplayıcılarınyerine geçmiştir.Baryum X -ışınlarını geçirmez ve bu nedenle, baryum sülfat röntgen çekiminde önemli birkullanım alanı bulur. Baryum iyonu zehirli olmakla birlikte, mide veya üst sindirim sistemibölgesinin "baryum sütü bulamacı" ile ve daha alt bölgenin "baryum şırıngası" ile sıvanması,BaSO4 ın suda çözünmemesi nedeniyle, oldukça güvenlidir.


Oksitler ve Hidroksitler:Berilyumunkiler dışında, 2 A grubu metallerinin oksitlerinin ve hidroksitlerinin tümü bazdır.

Şekilde görüldüğü gibi, oksit iyonunun ayrılması X'in elektronegatifliğine bağlıdır. X'inelektronegatifliği arttıkça, oksijenin bağ elektronlarını yatılı çift olarak alması ve dolayısıylaoksijenin oksit iyonu olarak ayrılması güçleşir. Aksi durumda ise oksit iyonunun ayrılmasıkolaylaşır. O halde, X'in elektronegatifliği ile asitlik artarken, bazlık azalacaktır. Bunun birsonucudur ki, genel olarak metalik oksitler bazik, avmetalik oksitler asidik ve yarı metalikoksitler amfoterik özellik gösterirler.Bir gruptaki elementlerin aynı yüklü katyonlarının oluşturduğu oksitlerin bazlığı gruptayukarıdan aşağıya doğru artar, buna karşın asitliği azalır. Çünkü yukarıdan aşağıya doğru X'inelektronegatifliği azalmaktadır.

BeO, MgO,CaO,SrO,BaO

asitlik bazlık

2 2 3 2 5Na O, MgO,Al O ,P O

bazlık asitlik


TalkaliMetal

Bileşikleri Kullanım alanları

Be BeO Seramik eşya ve özel tip camlar yapmada, floresantüplerinde, nükleer reaktörlerde kullanılır, zehirlidir.

Mg MgO Ateşe dayanıklı tuğla yapımında, ilaç endüstrisinde,

MgMgCO3 MgO eldesinde, izolasyon, lastik, mürekkep, cam, seramik,

boya, ilaç ve kozmetik endüstrisinde,

Mg MgSO4.7H2O Eczacılık, yapay gübre endüstrisinde

Ca CaCO3 Sönmemiş ve sönmüş kireç yapımında ve inşaatlarda.

Ca CaO Çimento yapımında, metalürjide, suların yumuşatılmasında,

Ca Ca(OH)2 İnşaatlarda harç yapımında,

CaCaSO3.2H2O Alçı şeklinde dekoratif işlerde, dişçilikte kalıp alınmasında,

hazır duvar üretiminde,

Sr Sr(N03)2 Piroteknik sanayinde

Sr SrCI2 Şeker üretiminde

Ba BaS Fosforesans özellik

Ba BaSO4 Bazı röntgen çekiminde

Ba Ra(OH)2 Kuvvetli baz olarak

6. 3A grubu (13. grup) elementleri ile ilgili olarak öğrenciler;

KONU BAŞLIKLARI KAZANIMLAR6. 3A grubu (13. grup) elementleri ile ilgili olarak öğrenciler;6.1. 3A grubu elementlerinin ortak özellikleri,

6.1. 3A grubu elementlerinin ortak özelliklerini, atomlarının elektron dizilimleri ile ilişkilendirir.

6.2. Bor elementinin doğal mineralleri,

6.2. Bor elementinin doğal minerallerini tanır.

6.3. Bor ve alaşımlarının elde edilişi, özellikleri ve kullanım alanları,

6.3. Bor ve alasımlarının elde edilisiniaçıklar ve özellikleri ile kullanım alanları arasında iliskikurar.

6.4. Bor bileşiklerinin özellikleri, kullanım alanları ve Türkiye için önemi,

6.4. Bor bileşilerinin özelliklerini, kullanım alanlarını ve Türkiye için önemini açıklar.

6.5. Alüminyumun üretim yöntemleri; metalin ve alaşımlarının özellikleri ve kullanım alanları,

6.5. Alüminyumun üretim yöntemlerini irdeler; metalin ve alasımlarının zellikleri ile kullanım alanlarını iliskilendirir.

6.6. Yaygın alüminyum bileşkleri ve kullanım alanları,

6.6. Yaygın alüminyum bileşiklerini ve kullanım alanlarını betimler.

6.7. 3A grubundaki diğer metallerin ve bunların bilesiklerinin endüstriaçısından önemi,

6.7. 3A grubundaki diğer metallerinve bunların bileşiklerinin endüstri açısından önemini irdeler.

6.1. 3A grubu elementlerinin ortak özelliklerini,

Periyodik tablonun p-blokunda yer alan bu elementlerin değerlik kabuğu elektronkonfigürasyonu ns2np1 dir. Bir elektron vererek dolu konfigürasyona, üç elektron vererekkendilerinden önceki soy gaz konfigürasyonuna ulaşırlar. Bu nedenle, bu elementlerinbileşiklerinde (+1) ya da (+3) yükseltgenme basamaklarında bulunmaları beklenir.Alüminyum ve galyum için (+3), indiyum ve talyum için (+1) daha yaygın bir yükseltgenmebasamağıdır.IIA Grubundaki berilyumda olduğu gibi, bu grupta ise bor, birçok yönden grubun diğerelementlerinden farklı özellikler sergilemektedir. Bor ametal, diğer dördü metalik özellikgösterir. Bunun sebebi, borun iyonlaşma enerjisi diğerlerinkinden oldukça yüksek ve yarıçapıise küçüktür. Grup elementleinin bazı fiziksel özellikleri;

Elem

ent

∆H

(kJ mol-1)

İE1

(kJ mol-1)

IE3

(kJ mol-1)

Eİ

(kJ mol-1)

En

(0C)

Kn

(0C)

R Kov

(pm)

B 563 801 3660 -27 2300 2550 82

Al 326 578 2745 -44 660 2467 118

Ga 277 579 2963 -29 30 2403 126

In 243 558 2704 -29 157 2080 144

Tl 182 589 2878 -29 303 1457 152

6.2. Bor elementinin doğal mineralleri,

Doğada serbest halde bulunmayan bor, oksijenli bileşikleri hâlinde bulunur. Ükemizde de bolbulunan başlıca bor minerallerinden kolemanit, pandermit ve borakstır.

Minearal Formülü Kristal Biçimi Renk Ayırt edici Özellikleri

Kolemanit Ca2B6O11.5H2O

Çoğunlukla eş boyutlu ve

kısa prizmatık kristalli, tek

parça, kristalleri belirli bir

konum içinde dizilmiş iç

yapıya sahiptir.

Renksiz, beyaz,

şeffaf-yarı şeffaf

HCI'de çözünür.

Çözelti soğuyunca

borik asit ayrılır.

Pandermit Na2B4O11.3H2O

Yumru biçiminde ya da

düzensiz kütleler hâlinde,

tebeşirimsi ve kompakt

Beyaz

Şekli, akkor ateşte

erimesi, suda

çözünmemesidir.

Boraks Na2B4O7.10H2OKısa prizmatik kristalli,

bazen levhamsı

Renksiz, beyaz,

grimsi, yeşilimsi,

mavimsi, şeffaf-

yarı şeffaf

Kristal şekli, düşük

yoğunluğu, suda

çözünebilirliğidir.

Bor cevherleri (Na2B4O7 10 H2O) (boraks) ağırlıklıolarak İtalya, Rusya, Tibet, Türkiye ve Kalifornia'nınbozkır bölgeleri gibi sadece birkaç yerdeyoğunlaşmıştır.Na2B4O7.10H2O, H2SO4 ile tepkimeye sokularakB(OH)3 e dönüştürülür. B(OH) 3, kuvvetli bir şekildeısıtıldığı zaman B2O3 e çevrilir. Bor içeren değişiktürdeki bileşikler ve elementel bor, B2O3 den eldeedilebilirler.

ısı

3 2 2

ısı

3 2 3 2

ısı

2 3

3B(OH) 3HBO 3H O

2B(OH) B O +3H O

B O +3Mg 2B+3MgO

H3BO3 zayıf asittir. Formülde görüldüğü gibitriprotik değil de monoprotiktir bu sebepleB(OH)3 şeklinde gösterilir. Suyun iyonlaşmasıylaoluşan bir OH- iyonunu alır ve B(OH) 4

-1 kompleksiyonu oluşur.

Daha saf olan kristal bor, bor triklorürün hidrojen ile indirgenmesiyle de elde edilir.

3 22BCl +3H 2B+6HCl

Yüksek saflıkta bor potasyum floroborat (KBF4)ın, elektrolizi ile elde edilir.

6.2. Bor elementinin doğal mineralleri ve elde edilişi,

Bor, geçiş elementi olan demir, nikel ve kobalt ile alaşımları oluştururlar. Borun, küçük boyutluolması geçiş elementlerinden demir, nikel ve kobalt ile çok çeşitli alaşım oluşturmasını sağlar.Ferro-Bor Alaşımları: Ferro bor ağırlık bakımından %10-20 arasında bor ihtiva eden bir demir-boralaşımıdır. Ferro bor parlak gümüş rengindedir. Ancak uzun süre rutubetli havada kalırsa, parlakgümüş rengi kaybolur ve yüzeyin rengi kırmızı lekeler içeren mat griye dönüşür.Üretim metodları:1. Karbotermik reaksiyonla, ferro bor üretimi elektrik ark fırınlarında yapılır. Ark fırınına şarjedilen hammaddeler; borik asit, kömür ve demir tozudur.2. Alüminotermik reaksiyonla; ferro bor üretimi ise potalarda yapılır. Alümino termik reaksiyoniçin potaya borik asit, demir cevheri, alüminyum tozu veya bazen magnezyum tozu yüklenir.Kullanım alanı:Ferro bor; Çelik üretimi, dökme demir üretimi, sürekli manyetik malzemeler ve amorf metallerinüretiminde kullanılır.

6.3. Bor allotroları ve ve alaşımlarının elde edilişi, özellikleri ve kullanım alanları,

Borun çeşitli allotropları vardır.Amorf bor kahverengi bir tozdur; kristal bor ise siyah olup son dereceserttir.Amorf bor, bakırın oksitlerinin giderilmesinde, alüminyumun iletkenliğininarttırılmasında ve çeliğin sertleştirilmesinde kullanılır. Erime noktası 2300°C, kaynama noktası 2550 °C olan borun elektrik iletkenliği çok azdır.Kristal bor, elmastan sonra elementlerin en sertidir.

6.3. Bor elementinin özellikleri

Bor elementi, donuk metalik parlaklığa sahiptir.Bu görünüşü nedeniyle metallere benzetilebilir. Fakat elektriği iyiiletmez.Borun elektrik iletkenliği çok azdır. Fakat yüksek sıcaklıkta serbesthâle geçen elekron sayısı artar ve elektrik akımını daha fazla iletir.Bu özelliği sayesinde magnezyumla yaptığı alaşımlar bilgisayarların4 kat daha hızlı çalışmasını sağlamaktadır.Katı hâlde çok sert olduğundan kırılgandır.

Bor yarı iletken olup sıcaklık arttıkça iletkenliği artar. Kimyasal özellikleri alüminyum,galyum, indiyum ve talyumdan daha çok, silisyum ve karbona benzer.Borun kimyasal aktifliği; saflığına, kristal yapısına ve sıcaklığa bağlıdır.Oda sıcaklığında sadece flor gazıyla reaksiyon verir ve yüzeyi oksijen tarafındanetkilenir, diğer durumlarda inert bir maddedir.Yüksek sıcaklıklarda asal gazlar ve H, Ge, Te elementi hariç bütün ametallerledoğrudan reaksiyon verir. Bor, alt gurubundaki metaller hariç, yüksek sıcaklıklardahemen hemen bütün metallerle kolaylıkla reaksiyon verir.Borun kimyasal davranışı daha çok küçük çapı ve yüksek iyonlaşma enerjisiylebelirlenir. Bu özelliklerle birlikte B, C ve H'nin elektronegatifliklerindeki benzerlik,çok sayıda ve alışılmışın dışında kovalent bileşikler oluşturmasını sağlar.Borun kovalent bileşiğe 3 elektronla katkıda bulunabilmesi, elektron çifti alıcısıolmasını (Lewis asidi) ve çok merkezli bağlanmasını sağlar.

6.3. Bor elementinin kullanım alanları,

Elektron absorblama özelliğinden dolayı nükleer reaktörlerde kontrol çubuğuolarak kullanılır. Radyoaktif bor, alfa ışıması yapar. Bu sayede kanser tedavisindekullanılır, α ışınları kanserli hücreyi yok eder.

10 1 11

5 0 5B+ n B

11 7 4 +2

5 3 2B Li+ He

Borun kararlı iki izotopu yüksek derecede nötron soğurma kapasitesine sahiptir. Bu özellikleri nedeniyle nükleer reaktörlerde nötron soğurucu olarak kullanılır.

Bor telleri, plastik ve metallerle kullanılırsa, bu malzemelerin dayanıklılığınıarttırır.Bor, deterjan endüstrisinden uzay endüstrisine kadar birçok alandakullanılmaktadır.Bor hidrürler, organik bileşiklerin sentezinde katalizör olarak büyük çaptakullanılmaktadır ve kimyada yeni ve ilgi çekici gelişmelere katkı sağlamaya devametmektedir.

6.3. Bor ve alaşımlarının kullanım alanları,

Ferrobor, nikel bor ve kobalt bor alaşımları Yüksek Teknoloji Seramik ve KompozitleriAraştırma Merkezi (YTSKAM) laboratuvarlarında geliştirilmiş derin daldırmalı ark ocağında,borik asidin yüksek sıcaklıkta karbonla indirgenmesi ile üretilmektedir.

% 0,04-4,2 B içeren demir bor (ferrobor) alaşımları ve yüzeyinde ince FeB tabakası olanhorlanmış çelikler, 800-1000 °C'a kadar oksidasyona dayanıklıdır. Bu nedenle yükseksıcaklıkta korozyona uğrayabilecek alanlarda kullanılır.

Ferroborun kullanıldığı önemli alanlardan biri de Nd-Fe-B (Neodyum Ferrobor)mıknatıslarıdır. Nd-Fe-B mıknatısları ticari olarak en yüksek mukavemete ve yüksekyoğunluğuna sahiptirler. 850 g Nd-Fe-B mıknatısı 3 kg'lık ferritin yaptığı işi yapmaktadır.

Ferrobor, yüksek oranda Mn, Ni, Cr ve Mo'in sağlayabileceği sertleşebilirlik özelliğinisağlamada, paslanmaz çeliklerde kaynak kabiliyetini yükseltmede, nükleer reaktörlerderegülatör çubuğu yapımında, hadde merdaneleri üretiminde, çeliklerde yüzeysertleştirmede, nötron absorbsiyonunu arttırmada, yassı ve derin çekme işlemine tabitutulacak çeliklerde, otomobillerin sileceklerinde ve marş motorlarında, manyetik ayırımda,cep telefonlarında, sensörlerde, metalik cam üretiminde, yüksek frekanslı trafoçekirdeklerinde, EKG vb. cihazların sensörlerinde kullanılmaktadır.

6.3. Bor ve alaşımlarının kullanım alanları,

Cam sanayiiSeramik sanayiiTemizleme ve beyazlatma sanayiiYanmayı önleyici (geciktirici) maddelerİlaç ve Kimya SanayiiTarımMetalurjiEnerji depolamaArabalardaki hava yastıklarındaAtık temizleme işlemleriPigment ve kurutucu olarakNükleer uygulamalar

6.4. Bor bileşiklerinin özelliklerini, kullanım alanlarını ve Türkiye için önemi,

Boranlar, hidrojence zengin oldukları için enerji ham maddesi olarak kullanılırlar. Metalik Mg,bortrioksit ile ısıtıldığında oluşan ürün asitlerle etkileştirilirse bir gaz oluşur. Bu gaz uçucu birmadde olan bor hidrür bileşiklerini içerir. Bor hidrürler, bor atomunun sayısına göre diboran(B2H6), tetraboran (B4H10), pentaboran (B5H9), gibi isimler alır.

BH3 molekülü (boran) bir tepkime ara ürünü olarak mevcutolabilirse de kararlı bir bileşik olarak izole edilememiştir. BH3 da,etrafı sadece altı elektronla çevrili olan merkez B atomunda biroktet boşluğu bulunduğuna dikkat ediniz. Izole edilebilen en basitbor hidrür, diborandır(B2H6).İki B atomu ve dört H atomu aynı düzlemdedir (sayfa düzlemine dikbir düzlem). Burada dört H atomunu bağlamak için B atomlarıtarafından kullanılan orbitaller sp3 olarak düşünülebilir. Bu dörtbağda sekiz elektron bulunur. Böylece geride kalan dört elektron ikiH atomunu iki B atomuna bağlamak için kullanılır. Sonuçta dolaylıolarak iki B atomu da birbirine bağlamış olur. Bu durum, iki Hatomunun herbiri ayni anda her iki B atomunu bağlarsabaşarılabilir. üç atom arasında sadece iki elektronun paylaşıldığı B-H-B köprüleri olağandışıdır. Böyle bağlara bazen "üç merkezli"bağlar da denir.

6.4. Bor bileşiklerinin özelliklerini, kullanım alanları,

Pentaboranın, B5H9 yapısı Bor atomlan, B—B—B çoklu merkez bağlarıylabağlanırlar. Her B atomuna beş H atomu bağlanır. Diğer dört H atomu ise Batom çiftleri arasında köprü oluşturur.

Bor hidrürler, organik bileşiklerin sentezinde katalizör olarak büyük çaptakullanılmaktadır ve kimyada yeni ve ilgi çekici gelişmelere katkı sağlamayadevam etmektedir.

Borik asit (H3BO3), doğada ılıcalarda bulunur. Borik asit, beyazyapraklar şeklinde kristallenen bir maddedir. Boraksın asitle tepkimesinden elde edilir.Na2B4O7 + 2H+ + 5H2O → 4H3BO3 + 2Na+

Borik asit, tıpta antiseptik madde olarak en çok göz damlalarında, göz pomatlarında ve talkpudralarında kullanılır. Bu ilaçların içine genellikle % 5-10 konsantrasyonunda katılmaktadır.Borik asit, kağıt gibi selülozik malzemelerin alev almasını önlediği için, evlerde kullanılan duvarkağıtlarına yangın riskini azaltmak için %5 oranında eklenir.

Boraks (Na2B407.10H2O), tetraborik asidin (H2B4O7) bir Na tuzu olup sulu çözeltisi bazik özellikgösterir. Boraksın 320-400 °C ısıtılmasıyla susuz boraks kristalleri elde edilir. Boraks; porseleneşya, glazür ve ısı değişikliğine dayanıklı cam (pyrex) yapımında kullanılır.Toz hâlindeki boraks, renkli cam imalinde camı renklendirmek için katkı maddesi olarak kullanılır.Örneğin boraks, kobalt oksitle ısıtılırsa mavi renkli bir pigment oluşturur. Bu pigment camakatıldığında mavi renkli emaye imalinde de kullanılan cam elde edilir.Na2B4O7 + CoO → 2NaBO2 + Co(BO2)2

Boraks incisiBoraks ve borik asit, bakterileri öldürücü niteliği, su içinde kolay çözünürlüğü ve mükemmel suyumuşatıcı özellikleriyle sabunlarda, temizleyicilerde, deterjanlarda, çok çeşitli ilaçlarınyapımında, tekstil boyamalarında, çeşitli malzemelerin uzun süre korunmasında, hafif dayanımlıalaşımların yapılmasında ve tarım sanayiinde çok yaygın kullanım alanlarına sahiptir.

Perborat iyonu

Sodyum perborat (NaBO3.4H2O): Boraks ve hidrojen peroksidinbir çözeltisinden kristallendirerek elde edilebilen yararlı birbileşik sodyum perboratar, NaBO3. 4H2O. Bu formül aldatıcı basitbir formül olup daha kesin formül N Na2[B2(O2)2(OH)4 6H2O dir.Bu bileşik, renkleri soldurmayan ağartıcıların yapılmasındakullanılır. Ağartma etkisinin anahtarı, per borat iyonundaki boratomlarına köprü şeklinde bağlanmış olan peroksi gruplandır (—O — O —).


Sodyum borohidrür (NaBH4), oto endüstrisi bakımından önemli bir bileşiktir. Susuz bir çözücüde çözünmüşbor triklorürün sodyum hidrür ile tepkimesinden elde edilir.4NaH + BCI3 → NaBH4+ 3NaCISodyum borohidrürün iyi bir hidrojen kaynağı olması nedeniyle füze katı yakıtlarında, yüksek enerjili jetmotorlarda ve roketlerde saf hidrojen kaynağı olarak kullanımı konusunda çalışmalar yapılmaktadır.Sodyum borohidrür özellikle organik kimyada çok kullanılan bir indirgendir. Ayrıca herhangi bir yüzeyin nikelile kaplanmasında da kullanılır. Bor bileşikleri birçok endüstri alanında kullanılmaktadır.


Bazı bor bileşiklerinin özelliklerine göre kullanıldığı alanlar

Cam sanayiiİsıya karşı dayanıklılık ve yüzey sertliği gibi özelliklerin istendiği özel camların üretiminde borik asit veboraks kullanılmaktadır. Pencere camı ve şişe camı sanayiinde ender olarak kullanılır.

Seramiksanayii

Yer karoları gibi seramiklerin yüzeylerindeki kaplamalar emaye fritten yapılır. Bu emayelerinakışkanlıklarını arttırıp yoğunluklarını ve doygunlaşma ısılarını düşürmek için boraks ve borik asit kullanılır.

Temizliksanayii

Sabun ve deterjanlara mikrop öldürücü ve su yumuşatıcı etkisi nedeniyle.% 10 boraks ve toz deterjanlara da beyazlatıcı etkisini arttırmak için % 10-20arasında sodyum perborat katılır

YanmayıÖnleyiciMaddeler

Borik asit ve boratlar, selülozik maddelerin ateşe karşı dayanıklılığını sağlarlar. Tutuşma sıcaklığınagelmeden selülozdaki su moleküllerini uzaklaştırırlar ve oluşan kömürün yüzeyini kaplayarak daha ileri biryanmayı engellerler.

TarımSusuz boraks ve boraks pentahıdrattan oluşan karışım bitki örtüsünün geliştirilmesi için gübre sanayiinde,sodyum klorat ve bromosol gibi bileşiklerle birlikte otların temizlenmesi veya toprağın sterilleştirilmesıiçin kullanılmaktadır.

Metalürjisanayii

Bor bileşkleri, elektrolit kaplama sanayiinde, elektrolit elde edilmesinde kullanılmaktadır. Borik asit nikelkaplamada, floroboratlar ve floroborik asitler; kalay, bakır, nikel gibi demir dışı metaller için elektrolitolarak, ferrobor ise çeliğin sertliğinin arttırılmasında kullanılır.

Ahşap sanayiiAhşap malzemelerin kullanım sürelerinin uzatılması için, borik asit ve borakstan elde edilen % 30'luksodyum oktaborat çözeltisi ile muamele görmüş ahşap malzemeler, yavaş yavaş kurutulduğundabozulmadan ve çürümeden uzun sure kullanılabilir.

Bor, en fazla ham ve rafine bor ürünleri olarak kullanılmaktadır. Türkiye bor madeni varlığıbakımından dünyanın en önemli ülkesidir. Çünkü dünya bor rezervlerinin % 67'si ülkemizdebulunmaktadır. Bor madenleri. 2172 Sayılı Kanunla devlet eliyle işletilecek madenler kapsamınaalındığı için ülkemizde bor madenleri Eti Maden işletmeleri Genel Müdürlüğü tarafındanişletilmekte, üretilmekte ve pazarlanmaktadır. Eti Maden dünyadaki en büyük bor üreticisi olupdünya bor üretiminin % 39'unu üretmektedir.Eti Maden işletmeleri'nin bor mineralleri ve rafine bor ürünleri üretimi konusunda sürdürdüğüçalışmalar sonucunda; konsantre ve rafine bor ürünleri üretimi her geçen yıl artmaktadır.Ülkemizdeki konsantre ve rafine bor üretimi, Eti Maden'e ait Kırka, Emet, Bandırma, Bigadiç veKestelek işletmelerinde yapılmaktadır. Bu işletmelerde üretilen ürünler şunlardır:Konsantre kolemanitKonsantre tinkal, Konsantre üleksit, Boraks pentahidrat , Boraks dekahidrat, Borik asit, Sodyumperborat monohidrat, Sodyum perborat tetrahidrat, Susuz boraks Kalsine tinkal Boroksit (Susuzborik asit) Zirai borAyrıca İ.T.Ü. Yüksek Teknoloji Seramik ve Kompozitleri Araştırma Merkezi'nde (YTSKAM) üretim teknolojileri geliştirilen başlıca bor, bor bileşikleri ve alaşımları şunlardır:Amorf bor, Kristalin bor, Bor karbür, Hekzagonal ve kübik bor nitrür, Bor alaşımları (ferro bor, nikel bor, kobalt bor)Türkiye; rezerv, üretim ve cevher kalitesi açısından önemli avantajlara sahiptir.

MEB KİMYA

6.4. Bor bileşiklerinin Türkiye için önemi,

6.5. Alüminyum,

Yer kabuğunda oksijen ve silisyumdan sonra en çok rastlanan element alüminyumdur.Alüminyum doğada oksit, hidratlanmış oksit ve silikat hâlinde bulunur. Alüminyum oksitdoğada bulunan hemen hemen her mineralde mevcuttur. Fakat alüminyum eldesinde buminerallerin hepsi kullanılamaz. Çünkü bu minerallardeki alüminyum miktarı azdır.Alüminyumun en önemli mineralleri boksit, feldspat ve killerdir.Boksit, hidratlanmış alüminyum oksit mineralidir, alüminyum oksidin monohidrat (AI2O3.H2O)ve trihidratlarının (AI2O3.3H2O) karışımıdır. Türkiye'de Konya (Seydişehir), Antalya, Adana,Gaziantep ve Muğla'da geniş boksit yatakları bulunmaktadır.Feldspat (K2O.AI2O3.6SiO2), silikat yapısındadır ve bol bulunan alüminyum minerallerindenbiridir.Kil adı ile bilinen çok çeşitli mineral vardır. Feldspat minerallerinin su ve karbon dioksit etkisiile ayrışması sonucu kaolin (AI2O3.2SiO2.2H2O) oluşur. Kaolin, killerden en saf olanıdır.Kil mineralleri, tabakaları arasına giren birtakım anorganik ya da organik anyon ve katyonlarıadsorplama ve değişebilir konumda tutma özeliğine sahiptir. Bu iyonlar sulu çözeltidekiiyonlarla muamale edilerek değiştirilebilir. Kil minerallerinin tabakaları arasında bulunan Na+,K+, Ca2+ ve Mg2+ gibi katyonlar, inorganik ve organik tüm katyonlarla yerdeğiştirebildiklerinden, değişebilen katyonlar olarak adlandırılırlar. Değişebilen katyon olarakNa+ içeren bir kil CaCI2 çözeltisi ile karıştırıldığında çözeltideki her bir Ca2+ iyonu, iki Na+

iyonunun yerini alır. Bu işleme katyon değiştirme denir. Kil minerallerinin kullanıldığı veçalışıldığı her alanda katyon değişimi ve katyon değişimi reaksiyonu önemlidir.

Alümina

Alümina olarak bilinen alüminyum oksidin (Al2O3) çeşitli yapıları mevcuttur. Kristal yapıdaki alüminyum okside korundum denir. Beyaz

safir olarak da bilinen saf korundum, değerli bir taştır. Yukarıdaki resimlerde de gördüğünüz bazı değerli taşlar korundumun yanı sıra az

miktarda geçiş metali içerir.Yakut ve safir minerallerinin iyi kristallileri, mücevhercilikte; diğerleri de

metal kesme, parlatma ve aşındırma işlerinde kullanılır.Nurol Teknoloji sertlik, ısıl şoka dayanım, kimyasal korozyona karşı direnç gibi özelliklere sahip alümina bazlı malzemeleri; balistik zırh

plakaları, döküm filtresi, seramik fırın malzemeleri, tekstil seramikleri, kağıt seramikleri, laboratuvar seramiklerinde kullanmaktadır

6.5. Alüminyumun üretim yöntemleri,

Boksitten saf alümin (Al2O3) üretimi:En önemli alüminyum maden cevheri boksittir. Boksit (AI2O3.H2O) safsızlık olarak Fe2O3 içerirki, bunun uzaklaştırılması gerekir. Ayırmada kullanılan ilke, Al2O3 ün amfoter bir oksit oluşu veNaOH(aq) de çözüntilesine karşın, demir oksidin bazik bir oksit olup çözünmemesidir.

Deneyin yorumu:a. Al3+

(aq) ve Fe3+(aq) içeren

çözeltiye aşırı OH- katıldığındaFe3+, Fe(OH)3 olarak çöker veönceden oluşan Al(OH)3(k),[Al(OH)4](aq) vermek üzereyeniden çözünür.b. Fe(OH)3(k) süzülür ve [Al(OH)4](aq) CO2in etkisiyle biraz asidikyapılır. Burada CO2 kuru buzolarak katılmıştır.(c) Çökmüş olan Al(OH)3(k)

berrak, renksiz çözeltinin dibindetoplanır. Isıtıldığında saf Al2O3

elde edilir.

-

2 3(k) (aq) 2 (s) 4 (aq)

+

4 3 (aq) 3(k) 2 (s)(aq)

3(k) 2 3(k)(saf) 2 (g)

Al O +2OH +3H O 2 Al(OH)

Al(OH) H O Al(OH) +2H O

Al(OH) Al O +3H O

6.5. Alüminyumun üretim yöntemleri,

Alüminin elektrolizi ile metalik alüminyum üretimi:Al2O3 in erime noktası (2020 °C) çok yüksektir ve elektrik iletkenliği zayıf olan bir sıvı oluşturur. Bu nedenle, iyi bir iletken çözücü olmaksızın elektrolizi yapılamaz. Al2O3 in erimiş kriyolitteki (Na3AlF6) elektrolizi başarı ile sonuçlanmıştır.

-2

2(g)

3 -

(s)

+3

(k) (s) 2(g)

Yükseltgenme:6O 3O 12

İndirgenme:4(Al 3e Al )

Net Tepkime : 3C +4Al 4Al +3CO

e

Elektroliz işleminde oluşan sıvı hâldeki metalik alüminyum, hücrenin dibine çöker ve belirlisürelerle buradan alınır. Hücreden alınan alüminyum, genellikle % 99,5-99,9 arasında birsaflıktadır ve içerdiği ana safsızlıklar demir ve silisyumdur.

Elektrolizle aluminyum üretiminde tüketilen enerji çok fazla olup, bir ton Al için yaklaşık15,000 kWsaattir. NaCl(aq) ün elektrolizinde bir ton Cl2 için 3000 kWsaat elektrik kullanılır.Bu sebeple, alüminyum üretim kompleksleri, hidroelektrik santralleri gibi düşük maliyetlienerji üretim kaynaklarına yakın olmalıdır. Alüminyumu yeniden işlemek için gerekli enerji,boksitten metali elde etmek için gerekenin sadece yaklaşık % 5 idir.

6.5. Alüminyumun ve alaşımlarının özellikleri ve kullanım alanları,

Alüminyum,iletken,yumuşak ve hafif bir metal olup mat gümüşümsü renktedir.Alüminyumun rengi, havaya maruz kaldığında üzerinde oluşan ince oksit tabakasından ilerigelir. Alüminyum, zehirleyici ve manyetik değildir. Kıvılcım çıkarmaz. Saf alüminyumunçekme dayanımı yaklaşık 49 Mega Paskal (MPa) iken alaşımlandırıldığında bu değer 700MPa'a çıkar. Yoğunluğu, çeliğin veya bakırın yaklaşık üçte biri kadardır. Kolaylıkla dövülebilir,makinede işlenebilir ve dökülebilir. Çok üstün korozyon özelliklerine sahip olması, üzerindeoluşan oksit tabakasının koruyucu olmasındandır.Alüminyum,iyi bir indirgendir. Asitlerle ve bazlarla tepkimeye girer. Toz alüminyum hava ileveya diğer yükseltgenlerle kolayca yükseltgenir.Alüminyum, folyo yapımında, roket yakıtlarında ve patlayıcılarda kullanılır.Alüminyum katılan alaşım elemanları, Alüminyumun mukavemet özelliklerini yükseltir.Başlıca alaşım elemanları: Magnezyum,silisyum, bakır, çinko ve bazen de kurşun, nikel vetitandan elementleridir.

Alüminyum alaşımları imal tarzına göre iki ana gruba ayrılabilir:1) Hadde alaşımları (dövülmüş alaşımlar)2) Döküm alaşımlarBaşlıca döküm alaşımları şunlardır. AlCu, AlZnCu, AlCuNi, AlSi, AlSiNi, AlSiMg, AlMg, AlMgSi.

6.5. Alüminyumun ve alaşımlarının özellikleri ve kullanım alanları,

İsim Bileşimleri Özellikleri Kullanım alanları

Al %100 Al

İyi biır indirgendir. Asitlerle ve bazlarla tepkimeye girer. Toz alüminyum hava ile veya diğer yükseltgenlerle kolayca yükseltgenir

Alüminyum, folyo yapımında, roket yakıtlarında ve patlayıcılarda kullanılır.

Duralumin% 94 Al % 4 Cu % 1 Mg % 1 Mn

Sert, hafif, fiziksel ve kimyasal aşındırıcılara dayanıklıdır.

Havacılık sanayii, otomobil sanayii, gemi sanayii, fotoğrafçılık malzemeleri, spor malzemeleri, ev eşyaları, kimya sanayii, hassas ölçü aletlerinde

Silumin% 84 Al % 16 Sı

Kimyasal etkilere dayanıklıKimya endüstrisinde kullanılan metal kapların yapımında

Magnoks Mg Al Korozyona karşı dayanıklı Nükleer reaktörlerde

Titanal

% 85,5 Al % 2,5 Mg % 7 Zn % 1.7 Cu % 0.1 Zr

Yüksek mekanik özellikler (darbe direnci, çekme dayanımı, esneklik gibi)

Yüksek performans sağlaması istenen spor malzemelerinin üretiminde (kayak, snowboard)

6.6. Yaygın alüminyum bileşikleri ve kullanım alanları,

Aynı iki molekül birimi bir araya geldiğinde oluşan moleküledimer denir. Al2Cl6 nın dimerik yapısı, iki Cl atomunun tek olarakherbir Al atomuna bağlanır ve iki Cl atomunun iki metal atomuile köprü oluşturduğu biçimde yazılabilir. Bu moleküldekibağlanma iki Al atomunun sp3 melezleşmesi yapmasıylaaçıklanabilir. Köprü oluşturan Cl atomları iki Al atomuna dabağlanır. Köprü Cl ların bağlarından biri bildiğimiz kovalent bağ,diğeri her iki elektronun da Cl atomundan geldiği koordinekovalent bağdır.

Alüminyum Halojenürler:Alüminyum florür, AlF3, oldukça iyonik karakterlidir. Yüksek bir erime noktasına (1040 °C)sahiptir ve eridiğinde elektrik akımın iletir. Bunun aksine, diğer halojenürler formülü Al2X6

(burada X = Cl, Br veya I) an moleküler yapıda bulunurlar. Bu molekülü, iki AlX3 den oluşmuşgibi düşüne biliriz.

Aluminyum halojenürler tepkime vermeye oldukçayatkın Lewis asitleri olup, bir çift elektronu kolayca kabulederek katılma bileşiği olarak adlandırılan bir asit-bazbileşiği oluştururlar.


Hidrürler:Hidrür iyonu, H-, halojenür iyonuna benzer olarak düşünülebilir ve AlH4

- iyonu, AlH3 ve H- nunbir katılma bileşiği olarak düşünülebilir. Lityum alüminyum hidrür, LiAlH4, organik kimyada önemli bir indirgendir. Alüminyumun diğer önemli halojenür kompleksi kriyolit (Na3AlF6) tir. Kriyolit, Hall-Heroultyöntemine göre alüminyum metalini elde etmede çözücü ve elektrolit olarak kullanılır.

3 3 6 26 HF+Al(OH) + 3 NaOH Na AlF +6H O

Alüminyum Oksit ve Hidroksit:Alüminyum oksidin yaygın olarak kullanılan birkaç adı vardır. En sık kullanılan adı alüminadır.Kristal yapısında ise korundum adını alır. Saf korundum değerli bir taş olup, beyaz safir olarakta bilinir. Diğer bazı değerli taşlar az miktarda geçiş metali iyonlan ile korundumdan oluşurlar.örneğin, yakutta Cr3+ ve mavi safirde Fe3+ ve Ti4+ vardır.Alüminanın bağlanma ve kristal yapısı fiziksel özelliklerini belirler. Küçük Al3+ iyonu ve küçükO2- iyonu kuvvetli iyonik bağ yapar. Kristal, düzgün sekizyüzlünün oyuğunu dolduran Al3+

iyonlan ile O2- iyonlarının sıkı istiflenmiş kübik yapıya sahiptir. Bu yapı nedeniyle, alumina çoksert bir maddedir ve çoğu kez aşındırıcı olarak kullanılır. Isıya karşı da dirençlidir (en 2020 °C),yüksek sıcaklık fırınlarında iç kaplamada kullanılır ve katalizör olarak endüstriyel kimyasalişlemlere yardımcı olur. Çok yüksek sıcaklıklar dışında, alüminyum oksit bağıl olarak tepkimeyeyatkın değildir; sözde ısıya dayanıklı madde adını alır.


Alüminyum öncelikle pH = 4,5-8,5 aralığında ince bir Al2O3 tabakası ile kaplandığı için su iletepkimeye girmesi önlenmiştir. Bu kaplamanın daha kalınlaştınlması ile metalin korozyonadirencinin arttırılması mümkündür. Bu işleme anodlaştırma denir. H2SO4(aq) elektrolit olarakkullanıldığı banyoda, alüminyumdan yapılmış nesne anot ve grafit elektrot ise katot olarakkullanılır. Elektroliz sırasında anot da oluşan yarı tepkime aşağıda verilmiştir.

+ -(aq)(k) 2 (s) 2 32Al +3H O Al O +6H +6e

Çeşitli kalınlık ve gözeneklilikte Al2O3 tabakası elde edilebilir. Bununla birlikte boyar madde vediğer katkı maddelerini soğuran oksit de yapılabilir. Anotlaştırılmış alüminyum, bronz veya siyahpencere çerçevesi gibi binaların mimari kısımlarında kullanılır.Alüminyum hidroksit amfoterdir. Asitlerle tipik metal hidroksiti gibi tepkimeye girer.

-+

(aq) (aq)3(k) 3 2 4Al(OH) + 3 H O Al(H O)

Hidroksi kompleks iyonun oluşumunda gösterildiği gibi aynı zamanda bazlarla da tepkimeverir.

--

(aq) (aq)3(k) 4Al(OH) + OH Al(OH)


Alüminyum Sülfat ve Saplar:Alüminyum sülfat ticari olarak kullanılan alüminyum bileşiklerinin en önemlisidir. Derişik sıcakH2SO4(aq) ile Al2O3(k) arasındaki tepkime ile elde edilir. Çözeltiden kristallenen bileşik Al2(SO4)3.18H2O dur. Bu uygulamada suyun pH sı, alüminyum sülfat ilavesi ile Al(OH) 3(k) nın çökebileceğişekilde ayarlanır. Al(OH)3(k) çökerken suda asılı katıları uzaklaştırır.Diğer bir uygulama alanı da kağıt boylandırmasıdır. Boylandırma terimi mum, zamk veya yapayreçinenin kağıda katılarak suya daha dayanıklı hale getirilmesi anlamında kullanılmıştır.Al2(SO4)3(aq) dan çöktürülen Al(OH)3 boylandırıcı maddelerin kağıt içinde depolanmasını sağlar.

şap

Eşit mollerde Al2(SO4)3 ve K2SO4 ın sulu çözeltisi kristallenmeyebırakıldığında, elde edilen kristaller potasyum alüminyum sülfattır,KAl(SO4)2•12H2O, Bu büyük bir sınıf olan ve şaplar diye adlandırılan çifttuzlardan sadece birisidir.Şapların genel formülü M(I)M(III)(SO4)2. 12H2O olup M(I) tek artı bir yüklübir katyondur (Li+ hariç) ve M(III) artı üç yüklü bir katyondur: Al3+, Ga3+,In3+, Ti3+, V3+, Cr3+, Mn3+, Fe3+, Co3+, Re3+, ya da Ir3+.

Şaplarda bulunan gerçek iyonlar ise [M(H2O)6]+, [M(H2O)6]3+ ve SO42-dur. Çok yaygın olarak

bulunan şaplarda M(I) = K+, Na+ veya NH4+ ve M(III) = Al3+. dir. Li+ şap oluşturamaz, çünkü bu

iyon, kristal yapının oluşturulabilmesinde çok küçük kalır. Sodyum aluminyum sülfat kabartmatozlarında, potasyum alüminyum sulfat boyacılıkta kullanılır. Boyanacak olan dokuma şapçözeltisine daldırılır ve buharda ısıtılır. [Al(H2O)6]3+ hidroliz olduğunda Al(OH)3 dokumanınliflerine depolanır ve boya Al(OH)3 üzerinde soğrulur.

6.7. 3A grubundaki diğer metallerin ve bunların bileşiklerinin endüstriaçısından önemi,

Galyum metali elektronik sanayiinde artan bir öneme sahiptir.

Daha çok galyum arsenür (GaAs) elde edilmesinde kullanılır. Bu bileşik ışığıdoğrudan elektriğe dönüştürebilir (fotoiletkenlik). Yarı iletken olan bu madde ışıkyayan diyotlarda (LED ler) ve transistörler gibi katı hal düzeneklerinde de kullanılır.

İndiyum yumuşak gümüşe benzer bir metal olup, düşük eriyen alaşımlarınyapımında kullanılır.

GaAs gibi, InAs de optik düzeneklerde fotoiletIken olarak ve düşük sıcaklıktransistörlerinde kullanım alanı bulmuştur.

Talyum bileşikleri son derece zehirlidir ve sanayide pek kullanılmazlar. Bununla birlikte, heyecan verici yeni olası bir kullanım alanı yüksek sıcaklık süperiletkenleridir. Şimdiki durumda, yaklaşık formülü Tl2Ba2Ca2Cu3O8+x olan talyum içeren bir seramikte süperiletken aktiflik için maksimum sıcaklık rekoru 125 K dir.

6.7. 3A grubundaki diğer metallerin ve bunların bileşiklerinin endüstriaçısından önemi,

Bileşik Özellikler Kullanım alanları

GaAs GaN

Işığı doğrudan elektiriğe dönüştürebilir (foto iletkenlik).

Işık yayan diyotlarda (Led ve transistor) kullanılır.

In As, In2S3 , InPMatlaşmayı önler, dış etkilere karşı dayanıklılık kazanır.

Yarı iletkenlerin üretiminde kullanılır.

TI2(SO4)3 TKCO3)2

TIBr3

Suda çözünürler ve çok zehirlidir. Fare öldürücü olarak kullanılır.

TI2S3

İR ışınlarına maruz kaldığında elektrik iletkenliği değişir.

Fotosellerde kullanılır.

Başarılar /MT

VII.BÖLÜM: 14.GRUP ELEMENTLERİ

http://1.bp.blogspot.com/-GWck_Qjku38/TaiHuXY2I-I/AAAAAAAAAf4/YswKBM-8b_w/s1600/diamond.jpg


7.1. Karbon allotropları, bağ yapıları ve


7.1. Karbon allotroplarınının bağ yapılarını karşılaştırır;

kullanım alanlarına örnekler verir.

7.2.Nano teknoloji ve nanotüplerinin yapısı,

gelecekte kullanım alanları,

7.2. Nanoteknolojide önemli olan karbon nanotüplerinin

malzeme bilimi açışından önemini, yapışı ile ilişkilendirir.

7.3. Karbonun oksitleri (CO,CO2) ve Karbonik

asit ve karbonatların özellikleri, doğada ve

hayattaki işlevleri,

7.3. Karbon oksitlerinin, karbonik asitin ve karbonatların

özellikleri ile doğadaki ve hayattaki işlevlerini açıklar.

7.4. Silisyumun doğal bileşiklerinin yapıları,

özellikleri ve kullanım alanları,

7.4. Şilisyumun doğal bileşiklerinin yapılarını, özellikleri ve

kullanım alanları ile ilişkilendirir.

7.5. Yarı iletkenlik ve metalik iletkenlik, 7.5. Yarı iletkenliği metalik iletkenlik ile karşılaştırır.

7.6. Silisyumun ileri teknoloji açışından önemi, 7.6. Şilişyumun ileri teknoloji açışından önemini irdeler.

7.7. Yarı iletkenlerde doplama (doping) ve

depolamanın diyot, transistör gibi temel

elektronik bileşenleri,

7.7. Yarı iletkenlerde doplama (doping) kavramını ve

doplamanın diyot, transistör gibi temel elektronik

bileşenlerin çalışmasındaki önemini açıklar.

7.8. 4A grubundaki diğer metallerin ve

bileşiklerinin kullanım alanları,

7.8. 4A grubundaki diğer metallerin ve bileşiklerinin


Elmas: Elmas olarak adlandırılan allotropunda, bir karbon atomu,çevresindeki dört karbon atomu ile dört σ bağı oluşturmuştur. Karbonatomları bir tetrahedral düzenlemeye sahiptir. Hibridleşme modeli, elmastakarbon atomlarının sp3 hibridleşmesi yaptığını ve σ bağlarımn sp3

hibridlerinin örtüşmesinden oluşmuştur. Her karbon atomu kendisiniçevreleyen dört karbon atomuyla düzgün dörtyüzlü meydana getirecekşekilde bağlanmıştır. İki tâne kare tabanlı piramidin taban tabana gelmiş şekligörünümündedir. 12 yüzlü ve kübik kristal yapıları da vardır. Kristallerin rengibeyaz, kahverengi, siyah veya renksiz olabilir.Elmas yapısında elektronlar, kovalent bağlarla bir bölgede bulunduklarındanyapı boyunca hareketleri kısıtlanmıştır. Bu nedenle, elmas iletken değildir.Elmasın, ışığı kırma indisi çok yüksektir. Yâni içeri kabul ettiği ışın yansıttığıışına göre fazladır. Beyaz ışını renklere ayırma kâbiliyeti de oldukça yüksektir.Radyasyonları tutma özelliklerine göre iki tiptedirler.Birinci tip, görünen ışını absorbe edenler (soğuranlar, emenler); ikinci tip ise,mor ötesi ve kızıl ötesi ışınları absorbe edenlerdir. İkinci tip elmaslar tabiîhâlde mâvi renklidirler.

7.1. Karbon allotropları, bağ yapıları ve kullanım alanları,

Mücevherler:Değerli taşlar olarak kullanılan elmaslar genelolarak doğal elmaslardır. Endüstriyel amaçlariçin ya sıradan doğal elmaslar ya da, gittikçeartarak, yapay elmaslar kullanılır.Kömürün elmasa dönüştürme hevesleri eskiçağlardan beri düşünülmektedir. Termodinamikhesaplamalar grafitin elmasa dönüştürülmesiiçin en az 10.000 atmosfer basınç gerektiğinigöstermiştir. Bununla beraber ilk defa 1955yılında 100.000 atmosfer basınç altında 2500°Csıcaklıkta ve krom katalizör kullanılarak sentetikelmas elde edilmiştir. Ancak parçalar genellikleküçük ve siyah renkli olup, nâdiren mücevherevsafında olabilmektedir. 1962’de yapılan birçalışmada 200.000 atmosfer basınç ve 5000°Csıcaklıkta katalizörsüz olarak grafit elmasadönüştürülmüştür. Ancak bu elmasların hiçbirzaman doğal elmasların yerini tutmadığıgörülmüştür.


Elmasın özellikleri:•Elmasta C atomları sp3 hibritleşmesi yapmışlardır.•Her C atomu 4 kovalent bağ yapmıştır.•Elmaslar, bağ yapısından dolayı aşırı derecede sert maddelerdir. (Mohssertlik ölçeğine göre 10)•Yine bağ yapısından dolayı elektrik akımını iletmezler.

•Yüksek bir ısısal iletkenliğe sahiptir(ısıyı çabucak dağıtırlar).•Bir diğer özelliği ise fazla kırılgan olmamasıdır.•Molekül yapısından dolayı elmasın içine girebilen tek şey ışıktır.•Elmas, karbonun çok yüksek basınçlarda daha kararlı olan bir şeklidir. Teorik olarak, 1000-2000°C sıcaklık aralığında ısıtılmış grafite, 105 atm ya da daha yüksek bir basınç uygulanarak, elmaselde edilebilir.•Oda sıcaklığında ve basıncında, elmasın grafite dönüşeceğini bekleyebiliriz. Ancak elmas gibikuyumculuk endüstrisinde kullanılan değerli taşların bağ ve kristal yapılarında yeni düzengerektiren faz değişmeleri çoğu kez aşırı derecede yavaş yürür.Elmasın kullanım alanları:Elmastan daha sert bir madde yoktur. Bu sebeple aşındrıcı madde olarak kyllanılır.Elmaslar yüksek bir ısısal iletkenliğe sahip olup çelik ve diğer sert maddelerin kesme ve delme işlemlerinde kullanılan matkapların uçlarına takılır.Isının hızlı bir şekilde dağılması, delme ve kesme işlemini hızlandırır ve matkabın ucundaki elmas parçalarının ömrünü uzatır. Yeni bir buluş sonucu, metallerin üzerine doğrudan çöktürülüp kaplanmasıyla elmas filimler hazırlanmıştır.

Grafit: Karbonun diğer allotropu olan grafitte, karbon atomlarınınkovalent bağlarla oluşturduğu altıgen halkalar içeren tabakalarbulunur. Hibridleşme modeline göre, grafitte karbon atomları sp2

hibritleşmesi yapmıştır. Altıgen halkalarda C-C, σ bağı sp2

hibridlerinin örtüşmesinden oluşmuştur.

Hibridleşmeye girmeyen ve altıgen halkalara dik olan p orbitallerinin örtüşmesiyle oluşan πmoleküler orbitaller tüm tabakayı kapsamıştır. Bu orbitallerde π elektronlarının kristalboyunca hareket etmesi nedeniyle grafit elektriksel iletkendir. Tabakaları bir arada tutan kuvvetvan der Waals kuvvetleridir. Bu nedenledir ki, tabakalara dik uygulanan kuvvete grafit, dikkatedeğer ölçüde direnç gösterirken, yatay uygulanan kuvvet ile kolayca kırılabilmektedir.Yerkabuğunda geniş bir alana yayılmıştır ve ticari amaçlar için yeterince zengin grafit yataklarıvardır. Bununla birlikte, endüstriyel grafitin büyük bir kısmı kok kömürü gibi karbon içeriği olanmaddelerden sentezlenir. Bunun için, karbon içeriği yüksek olan bir madde bir elektrik fırınında3000 °C civarındaki bir sıcaklıkta ısıtılır. Bu yöntemde karbon atomları, grafit yapısı oluşuncayakadar büyük halkalı yapılar halinde birbiriyle kaynaşır.Yapay ipek gibi karbon esaslı lifler, yüksek sıcaklıklara kadar dikkatli bir şekilde ısıtılır ve uçucumaddenin tümü uzaklaştırıldıktan sonra geriye grafit yapısındaki karbon kalır.


Grafitin Özellikleri:•Şekilde verilen karbon faz diyagramından görüldüğü gibi, grafitsadece oda sıcaklığında değil, 3000 °C ye yakın sıcaklık bölgesinde ve104 atm ve daha yüksek basınçlarda bile kararlıdır.•Grafit, kuru olsa bile, çok iyi yağlama özelliğine sahiptir. Bununnedeni, karbon atomu tabakalarının birbirlerini oldukça zayıfkuvvetle çekmeleri olup birbirleri üzerinden kolayca kayabilmeleridir.•Grafit ve kil karışımından yapılan ve ince bir çubuk şeklinde dökülenkurşun kalem, kağıt üzerinden kolayca kayar.•Elektrik akımı iletme yeteneğine sahiptir.•Grafitin, döküm kalıplarında, fırınlarda ve diğer yüksek sıcaklıklıortamlarda kullanılması, onun yüksek sıcaklıklara dayanmayeteneğine dayanır.

Grafitin kullanım alanları:•Grafit kayganlık özelliğinden dolayı "kurşun" kalem yapımında kullanılır.•Elektrik akımı iletme yeteneğinden dolayı grafit, pil ve endüstriyel elektrolizlerinelektrotlarını yapmak için kullanılır.•Grafitin yeni geliştirilmiş bir kullanım alanı, grafit lifleri ile değişik plastiklerinkarışımından ibaret olan çok dayanıklı hafif bileşimlerin (alaşımların) yapımıdır. Bualaşımlar, tenis raketlerinden hafif uçaklara kadar birçok üründe kullanılır.


Amorf Karbon (Aktif Karbon):Karbonun belirgin, kendilerine özgü bir yapısı ya dabiçimi olmayan allotropuna amorf karbon denir.Odun, kömür, hindistancevizi gibi maddelerin çeşitliişlemlerden geçirilmesiyle elde edilir. Hazırlanma işlemisırasında organik madde yaklaşık olarak 2000 F°'akadar ısıtılır ve maddeye yüksek basınç uygulanır.Böylece karbon gözenekli yapıya bürünür, yüzeyi artar.Öyleki 1 gramında -kullanım alanına bağlı olarak-200m² ile 1500m² arasında bir yüzey elde edilir.

Gaz halindeki maddelerin adsorpisyonu için mümkün olduğunca küçük gözenekli karbonlartercih edilir, hindistan cevizi gibi. Eriyik haldeki maddeler için ise daha çok torf ve bitümlü kömürkullanılır. Karbon siyahı, lastik tekerleklerde dolgu maddesi olarak (tekerlek başına birkaç kg),matbaa mürekkeplerinde bir pigment olarak, karbon kâğıdında, daktilo şeritlerinde ve fotokopimakinelerinde kullanılır.


http://tr.wikipedia.org/wiki/Dosya:Activated_Carbon.jpg

Fullerenler:Son yıllarda, karbon siyahının elde edildiği tepkimeye benzer bir tepkimeden,karbonun yeni allotroplan izole edilmiştir. Bu allotroplar; fullerenler vegrafenler olarak bilinir.

Fulleren: 60 C atomundan oluşan çok kararlı ve küresel (futboltopugibi) yapı,1985’te keşfedildi. C60 molekülünden başka C20, C24 ve C82 gibi çok sayıda,başka fullerenler de vardır.Bu bileşikler, helyum atmosferi altında grafitin lazerle bozundurulması sonucuelde edilirler. Azot ve oksijen fulleren oluşumunu engellediğinden, elde edilenkurum (hava ile hidrokarbonların yanması sonucu) fulleren içermez.

Grafen: Karbon atomları 1s ve 2p orbitallerinin birleşimi ile 120 derece açılı sp2

melezleşmesi yaparken boşta kalan pz orbitalleri de grafen malzemesine sıradışı özellikler kazandırmaktadır.Grafen yapısında karbon-karbon bağ uzaklığı yaklaşık olarak 1.42 Angstrom ikengrafen tabakalarının üst üste gelmesi ile meydana gelen grafitte iki grafentabakası arasındaki mesafe yaklaşık 3.35 Angstrom'dur. Grafendeki güçlükarbon bağları ona yeryüzündeki bilinen en sağlam malzemelerden biri olmaözelliğini kazandırmıştır. Bununla birlikte grafitteki grafen katmanlar arasındakibağlar oldukça zayıftır. Kurşun kalemi kağıda sürtünce bu zayıf bağlar kırılmaktave kağıda yayılan grafen ve grafit tabakalar yazı izlerini oluşturmaktadır.

Fulleren:

Grafen:


Nanoteknoloji maddeyi atomik ve molekülerseviyede kontrol etme bilimidir.Genel olarak 100 nm ve daha küçük boyuttamalzeme ve aygıt geliştirmekle ilgilidir. (1 nm,metrenin milyarda biridir.) Nonoteknoloji, malzemebilimi, elektronik, kimya, biyoloji gibi dallardan bilimaraştırmacıları, nanoteknoloji çalışmalarıyapmaktadır.Günümüzde nanoteknolojinin tıp, elektronik veenerji üretimi gibi alanlarda uygulanma potansiyelivardır.

7.2.Nano teknoloji ve nanotüplerinin yapısı, gelecekte kullanım alanları,

Nanoteknolojinin gelişmesini sağlayan buluş ise Tarama TünellemeMikroskobu'nun keşfedilmesidir. Bu mikroskop sayesinde iletken bir yüzeydekiatomların yerleri değiştirilebiliyordu. Bu gelişmeyi 1986'da fullerinelerin vekarbon nanotüplerin keşfi izledi. 2000'de ABD'nin nanoteknolojiye yatırımyapması sonucu tüm Dünya'nın birçok ülkesinde nanoteknoloji araştırmalarıbaşlamış oldu.

Karbon nanotüpleri:

Karbon nanotüpleri kıvrılmış grafin yüzeyi gibi düşünebiliriz. Beyazkağıdı grafin olarak düşünürsek, boylamasına kıvırıp elde ettiğimizsilindir karbon nanotüptür. Uçları açık ya da kapalı olabilir. Bu kadarbasit bir yapıya sahip olmasına rağmen, çok karmaşık bir maddedir.Uzunluk ve çap değerine göre fiziksel ve kimyasal özellikleri çok rahatdeğişebilir, kendilerine has elektriksel özelliklere sahiptirler. Isıyı iyiiletirler.Karbon nanotüplerin uzunluk-çap oranı 1.000.000 dur. Bu oranı şöylede hayal edebiliriz: 10 cm çapa sahip 100 km uzunluğunda birhortumun da uzunluk-çap oranı 1.000.000'dur.

Fulleren C-NT için bir ara üründür. İlkin Fulleren oluşturulur. TakibenFulleren buharlaştırılır ve C-NT elde edilir. Fullerenler Graphenelereayrışır ve buradan farklı özellikte C-NT üretilir.

İlk tek katmalı nanotüpler (C-NT)

1994 yılında Japonyada üretildi, 1996 da seri olarak

üretime geçti.


Karbon nanotüplerin belirgin özellikleri :•Fulleren C-NT için bir ara üründür,

•İnsan saçından 10.000 kat daha incedir,

•Tek katmanlı (TKNT) ya da çok katmanlı (ÇKNT) karbon atomlarından oluşur,

•Mekanik olarak çok sağlam kovalent bağ ile bağlı,

•Farklı yarı çaplarda çok kararlı yapılar,

•İletken ve elektrik alana duyarlı,

•Kimyasal olarak inerttirler,


Karbon nanotüplerin uygulama alanları :Enerji Depolama;Hidrojen depolama, Lityum iyon pillerde elektrot, Elektrokimyasal Süper kapasitörler,Elektronik;Magnetik alan yayma cihazları, Tranzistörler,Nano-Cihazlar;Nano-proplar, Nano-sensörler, Nano-yatak ve dişliler.Karbon nanotüplerin gelecekte uygulama alanları :C Nanotüplerde iyon ve sıvı taşınımı tasarlanıyor. Amaç, ilaçtaşınımı, iyon taşınımı, enerji taşınımı vs.C nanotüplerle H taşınımı planlanıyor. Ancak H C tüpe yapışıyor. Yapışma aşılırsa H içeren yakıtlar kullanılabilecek. Bi nanotüp elektron taşınımınısağlar.Damarların karbon nanotüplerden yapılması düşünülmektedir.C nanotüpe fonksiyonel grupların bağlanması. Örnek doku tamirinde kullanılabilir (Adale yırtılması)Kanser tedavisinde nanotüpler kullanılması hedeflenmektedir.


Nanotüplerin Gelecekte Muhtemel Kullanım alanları,

•Mikro-elektronik/ yarı iletken

•İletken Kompozitler,

•Kontrollü İlaç iletimi,

•Yapay Adaleler,

•Süper kapasitörler,

•Piller,

•Alan Yayıcı düz kare monitörler,

•Alan Etkili Tranzistörler,

•Tekli Elektron Tranzistörleri,

•Nano Lithografi,

•Nano Elektronik,

•Doplama,

•NanoTeraziler ve Denge,

•Nano Cımbızlar,

•Data Saklama,

•Magnetik nanotube,

•Nano Dişliler,

•Nanotüp Hareketlendiriciler,

•Molekülerr Kuantum Telleri,

•Hidrojen Depolama,

•Soy Radyoaktif Gaz Depolama,

•Güneş Enerjisi Depolama,

•Atık Geri Dönüşüm,

•Elektromagnetik Kalkan,

•Diyaliz Filtreleri,

•Termal Koruma,

•Nanotüp Takviyeli Kompozitler,

•Savaş Malzeme ve Cihazları i çin Takviye Elemanı

•Polimerler İçin Takviye Elemanı,

•Havacılık,

•Çarpma Korumalı Malzemeler,

•Sürtünmesiz Tekerlekler,

•Uzay asansörleri,

Karbonun önemli oksitleri karbon monoksit (CO) ve karbon dioksittir (CO2) tir. Havada yaklaşık370 ppm (hacimce %0,037) CO2 bulunur. CO ise çok daha azdır. Bu gazlar havada çok azbulunmalarına karşın, bir çok bakımdan önemlidir.Karbon oksitlerin oluşumu;Karbon ye karbon bileşikleri yandığında yalnızca karbon dioksit oluşur. Örneğin; Benzinin bir bileşeni olan oktan yanınca;

8 18(s) 2(g) 2(g) 2 (s)C H + 25 2O 8 CO + 9 H O

Eğer bu yanma sınırlı miktarda hava içinde olursa, karbon monoksitte oluşur. Bu durum,otomobil motorunda yağlı yakıt karışımı yakıldığında da meydana gelir.Oktanın tam yanmadığı durumlarda;

8 18(s) 2(g) 2(g) (g) 2 (s)C H + 12O 7 CO +CO + 9 H O tepkimesi gerçekleşir.

Hava kirliliğine neden olan CO, fosil yakıtların otomobil motorlarında tam yanmamasındanileri gelir. CO solunum yoluyla zehirleyen bir gazdır. Çünkü, O2 taşıyan hemoglobinin Featomlarına CO bağlanır ve O2 molekülleriyle yer değiştirir.Yakıtın tam yanmaması yalnız hava kirliliğine değil, verim kaybına da neden olur. Yanma ürünüolarak CO2(g) dan çok CO(g) oluştuğunda, belirli miktardaki benzinin yanmasından daha az ısıelde edilir.

7.3. Karbonun oksitleri (CO,CO2) ve Karbonik asit ve karbonatların özellikleri,doğada ve hayattaki işlevleri,

Kok gibi karbon içeren bazı yakıtların yanmasından oluşanbaca gazından geri kazanma;

(k) 2(g) 2(g) C + O CO

Amonyak üretimin kullanılan hidrojenin eldesindemeydana gelen karbondioksidi geri kazanma;

4 2 (g) 2(g) 2(g)(g)CH + 2H O CO 4H

Kireç taşının 900 0C ta bozunmasıyla,

3 (k) 2(g)(k)CaCO CaO CO

3 (k) 2(g)(k)CaCO CaO CO

Karbon monoksit eldesinde en önemli yol, doğal gazın buhar ile muamelesidir.

4(g) 2 (g) (g) 2(g)CH + H O CO + 3 H

2 3(k) (g) (s) 2(g)Fe O +3CO 2Fe + 3CO

Metalurjide metal oksitlerinin indirgenmesinde;Örneğin; Taş kömürünün havasız ortamda ısıtılmasıyla oluşan ve oldukça saf karbon olan kok, yüksek fırınlarda karbon monokside çevrilir. Bu CO de demir oksidi demire indirger.

Karbon dioksitin eldesi:

http://www.turkishexporter.net/tr/firmalar/index/firma/resim/Default.aspx?sektor=ALL&firma=30617&dizin=&glid=51052

Karbon dioksitin özellikleri ve kullanım alanları;Karbon dioksit çoğunlukla (yaklaşık %50 si) kuru buz halindegıdaların korunması, dondurulması ye taşınmasında soğutucuolarak kullanılır. Yaklaşık %20 si içecek sanayiinde tüketilir.Diğer önemli kullanım alanları petrol yataklarında petrolkuyularının iyileştirilmesi ve yangın söndürme cihazlarınınyapımıdır.Karbon dioksiti insanlardan çok bitkiler kullanır. Bitkilerde tümkarbon içeren bileşiklerin kaynağı atmosferdeki karbon dioksittir.

http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Carbon-dioxide-3D-vdW.png&filetimestamp=20070218194905

Karbonmonoksit,(CO, Ma: 28.01 g/mol)Renksiz, kokusuz bir gazdır. Bazen görüldüğü gibi, sobalarda mavi bir alevle yanar.Çok kuvvetli bir zehirdir. Solunan havada konsantrasyonu artarsa, kana geçer veCO, kanın hemoglobininin merkez atomu demir iyonuna bağlanarak ölümesebep olur. Zehirlenme tablosunda baş ağrısı, görme bozuklukları, uyku hali, zihnibulanıklık ve komadır.CO endüstride jeneratör gazı, su gazı, kuvvet gazı ve hava gazı içinde kullanılır.Yakıt olarak da kullanılmaktadır.Sigara dumanıyla insanların kanına geçme ihtimali de yüksektir.

Karbonmonoksitin eldesi; ve kullanım alanları Metan veya diğer hidrokarbonlardan elde edilen ye sentez gazı olarak bilinen CO ve H2 karışımı metanol gibi yeni bir organik bileşiğe dönüştürülebilir.

CO endüstride jeneratör gazı, su gazı, kuvvet gazı ve hava gazı içinde kullanılır.

CO in üçüncü kullanım alanı yakıt olarak kullanılır. Genellikle CH4, H2 ve diğer yanabilen gazlarla karıştırılarak kullanılmaktadır.

(g) 2(g) 3 (s)CO + 2H CH OH

-- +

2 3(aq) 3 2 (s)

- 2-+ + - +

3 3 2 (s)

H CO + Na+OH Na + HCO + H O

Sodyum Hidrojen Karbonat

Na + HCO + Na + OH 2Na + CO + H O

Sodyum Ka

rbonat

+ +(aq) (aq)2 3(aq) 2 (s) 2(g)Na CO +2 H 2Na + H O + CO

CO2(g) suda çözünerek, genellikle karbonik asit, H2CO3 , denen çözeltiyi oluşturur. H2CO3 zayıfasittir ve iki basamakta iyonlaşır. Bu asit birinci basamakta nötrleştirilirse, hidrojenkarbonat, asit karbonat ya da bikarbonat denen bir tuz elde edilir.

Yukarıdaki tepkimeler, karbonata bir asit eklenirse tersine dönerler. Karbonik asit CO2 yeH2O ya parçalanır. Bu yöntemle laboratuarda CO 2(g) elde edilir.

Karbonatların Özellikleri:•1A grubu metallerinin karbonatları suda çözünürler ve doğada maden suyu olarakbulunurlar.•2A grubu ye diğer metallerin karbonatları ise suda çözünmezler ve doğada genelliklemineraller olarak bulunurlar. Kalsit (CaCO3) böyle bir mineraldir. Dolomit (CaCO 3.MgCO3) isediğer bir karbonat mineralidir.•Karbonik asit/karbonat kimyasının önemi, kanın asitliğinin (pH) sabit tutulmasından,mağraların ve sert suların olu§umuna kadar uzanır.

Karbonatlar:

Silisyumun doğal bileşikleri;Silisyum, yer kabuğunda en bol bulunan elementlerden biridir. Yerkabuğunda silika(SİO2) (kum kuvartz, akik, çakmak taşı); silikatlar(mika; kil; feldispat) minerallerinde bulunurlar.Silisyum ilk kez 1823 yılında J. J. Berzelius tarafından K2SiF6'nınpotasyumla indirgenmesinden elde edilmiştir.

2 (g)SiO + 2C Si + 2CO

Güneş pilleri için gerekli çok saf Si, Na2SiF6 ın metalik Na ile indirgenmesiyle elde edilebilir.Na2SiF6 ın fosfat gübrelerinin oluşumunda bir yan üründür.

Silisyumun Eldesi;Kuvars ya da kum (SiO2) bir elektrik ark fırınında kok ile indirgendiğinde elementel silisyumoluşur.

7.4. Silisyumun doğal bileşiklerinin yapıları, özellikleri ve kullanım alanları,

Silisyumun Özellikleri; •Silisyum, oksijenden sonra yer kabuğunda en bol bulunan (%25,7) elementtir.•Doğada serbest hâlde bulunmaz, bileşikleri hâlinde bulunur. •Cam yapımında kullanılan kumun ana bileşeni olan kuvars, silisyum (IV) oksitten (SiO2) oluşur.•Kararlı, elmas-türü bir kristaldir. •Oda sıcaklığında kararlı olan sadece katı bir oksit (SiO2) oluşturur; ikinci bir oksit (SiO) sadece 1180-2480 °C sıcaklık aralığında kararlıdır. •Silisyumun en önemli özelliği yarı iletken olmasıdır.•Silisyum Karbür, oldukça sert ve aşınmaya karşı direnç gösterir. Silisyum Karbür kimyasal olarak daha istikrarlı bir ürün olup, direnci yüksek olduğundan çok daha geniş kullanım imkanına sahiptir. Metallerin elektrik iletkenliği sıcaklıkla azalırken yarı iletkenlerin iletkenlik özellikleri sıcaklıkla artar.•Bazik ortamda çözünür, H2(g) ve SiO4

4-(aq) oluşur.

•Ana oksianyon SiO42- olup dörtyüzlü yapıya sahiptir.

•Yaklaşık altı silisyum atomu ile sınırlı silisyum atom zincirleri oluşturabilme eğilimi gösterirler. •Çoklu bağ oluşturması karbona göre daha az yaygındır. •Yaklaşık tek bağ enerjileri, kJ/mol•Si-Si=226, Si-H=318, Si-O= 464

Silisyum Karbür


Silisyum OksitleriKatı fazda silisyum dioksit polimerik yapıdadır. Her silisyum atomununçevresinde kovalent bağlarla bağlandığı dört oksijen atomu bulunmaktadır.Silisyumun merkezde ve oksijen atomlarının köşelerde yer aldığı birtetrahedral geometri mevcuttur. S—O bağları, silisyumun sp3 hibrid orbitali ileoksijenin p orbitalinin örtüşmesinden oluşan bağlarıdır. Silisyum dioksitin haldeğiştirmesinde dört σ bağı, iki σ bağı ve daha zayıf olan iki π bağınadönüşmektedir. Bu sebeple silisyum dioksitin erime (1710°C) ve kaynama(2200°C) noktası oldukça yüksektir.

Silisyum Karbür,Piyasada iki çeşit silisyum karbür bulunmaktadır.Yeşil Silisyum Karbür özellikle sert ve çok kırılgan bir aşındırıcıdır. Çarpma vedarbelere karşı duyarlıdır. Başlıca sert metal ve seramik gibi malzemelerin,cam ve aside dayanıklı östenitik içyapılı çeliklerin işlenmesinde kullanılır.Siyah Silisyum Karbür çok sert fakat yeşil Silisyum Karbüre nazaran daha azkırılgandır.Yüksek mekanik mukavemet, yüksek oksitlenme direnci ve termal şok direncigibi özelliklere sahip silisyum karbür bazlı malzemeler, pişirilme fırınlarındakullanılan refrakterler içerisinde önemli bir yere sahiptir. Balistik zırh plakalar,aşınmaya dirençli nozul, döküm filtresi, döküm potası ve seramik fırınmalzemelerinde silisyum karbür bazlı malzemeler kullanmaktadır.


Organosilisyum Bileşikleri;Birkaç silisyum-hidrojen bileşiği bilinmesine karşın özellikle Si-Si tekli bağlarının kuvvetliolmamasından dolayı, silanlar denen bu bileşiklerdeki zincir uzunluğu altı Si atomu ile sınırlıkalır. Silanların bir ya da daha çok H atomu yerine başka atom ya da gruplar geçirilerekorganosilanlar denen bileşikler elde edilebilir. Si ile metil klorürün doğrudan verdiği tepkimebuna tipik bir örnektir. (CH3)2SiCl2 nin suyla verdiği tepkime ilgi çekici bir bileşik olandimetilsilanolu, (CH3)2Si(OH)2, oluşturur.

3 3 2 22CH C1 + Si (CH ) SiCl

CH3)2SiCl2 nin suyla verdiği tepkimeilgi çekici bir bileşik olandimetilsilanolu, (CH3)2Si(OH)2,oluşturur.

3 2 2 2 3 2 2(CH ) SiCl + H O (CH ) Si(OH) 2HCl

Çok sayıda silanol molekülünden H2O moleküllerinin ayrılmasıyla bir polimer oluşabilir. Bupolimerleşme sonucunda, silikonlar denen ve uzun Si- O zinciri içeren moleküllerden ibaretbir madde oluşur.

Bir evin "kışa hazırlanması" için,silikon kauçuğu ile pencerelerinmacunlanması yararlı olur.


Silikat Anyonu:

Silikat anyonu, SiO44-, genellikle silikatlarda bulunur. Si

atomu düzgün dört yüzlünün merkezinde, dört O atomuda düzgün dört yüzlünün köşelerindedir.En basit silikat anyonu ortosilikat olarak adlandırılanSiO4

4- dir.Pirosilikat (Si2O7

6-) iyonunda bir oksijen iki SO4 birimitarafından paylaşılmıştır. Her silisyum atomunda ikioksijen atomunun paylaşılmasıyla tek sıra bir zinciryapıya da halkalı bir yapı oluşabilir. Son iki yapıyametasilikat denir ve genel formülleri (SİO3)x

2x-


Silisyumun kullanım alanları:Hidratlaşmış silikat polimerleri seramik endüstrisinde önemlidir. Bir kalıbadökülebilen kolloit (sol), sıvının önemli bir miktarı uzaldaştınlınca bir jele

dönüşür. Jel sonra işlenerek son seramik ürününe çevrilebilir. Bu sol-jelişlemiyle bazı son derece hafif seramik maddeler elde edilebilir.Sodyum ve kalsiyum karbonatlar kumla kanştırılıp yaklaşık 1500 °C desıvılaştmlırsa, sodyum ve kalsiyum silikatların bir sıvı karışımı oluşur. Busıvı soğutulduğu zaman daha yapışkan olur ve sonunda ışığa karşı saydamolan katı haline dönüşür. Bu katıya cam denir.Kristal katılarda tanecikler düzenli bir şekilde dizildikleri halde camlaramorf katılar olup tanecikler gelişi güzel dizilmiştir. Camdaki yapı birimleri(silikat anyonları) karmaşık bir şekilde dizilmişlerdir. Ayrıca cam ve kristalkatı erime davranışlarında farklılık gösterirler. Cam geniş bir sıcaklıkaralığında önce yavaş yavaş yumuşayıp sonra eridiği halde, kristal katıbelirli ve kesin bir erime noktasına sahiptir.


Elementler; elektrik enerjisine gösterdikleri tepkiye bağlı olarak başlıca 3 gruba ayrılırlar. İletkenler, Yalıtkanlar, Yarıiletkenler,

7.5. İletkenlik (metalik iletkenlik),Yalıtkanlık, Yarı iletkenlik,

İletken Maddeler;Elektrik akımı ileten maddelere iletken denir. Örnek; Bakır, gümüş, altın ve alüminyumu iletkenmaddelere örnek vere biliriz.Bu maddelerin ortak özelliği çok az valans elektronunasahip olmalarıdır. Dolayısı ile atomlar bu elektronlarınıkolaylıkla kaybederler aradaki yasak bandı geçerek (bantkuramı müfredat dışıdır) iletkenlik bandına kolaylıkla geçerve elektrik akımının iletilmesini sağlarlar.Bu yüzden metallerin durumu deniz elektron modeliyleaçıklanmaktadır.


Yalıtkan Maddeler;Normal şartlarda elektrik akımına direnç gösteren ya dailetmeyen maddelere yalıtkan denir. Yalıtkan maddeler sonyörüngelerinde 5 ile 8 arasında valans elektron bulundururlar.Serbest elektron bulundurmazlar.Bu walens elektronları çekirdek tarafından sıkıca çekildikleri içinyasak bandı aşıp iletkenlik bandına geçemediklerinden elektrikakımını iletmezler.Yalıtkan maddelere örnek olarak bakalit, ebonit,plastik,cam..v.b ametalleri sayabiliriz.


Silisyum ve Germenyumun elektronik yapısı şekildekigibidir. Son yörüngedeki elektronların paylaşılmasıylaoluşan bu tür bağlara kovalent bağ denir. Her nekadar kovalent bağ, valans elektronları ile anaatomlar arasında daha sağlam bir bağa yol açsa da,valans elektronlarının doğal sebeplerle yeteri kadarkinetik enerji alıp kovalent bağdan koparak serbestduruma geçmeleri mümkündür.

Örnek;Silisyum ve Germenyum elementlerinin yarı iletkenlik durumlarının incelenmesi;

Bu doğal sebepler arasında foton şeklindeki ışık enerjisini ve çevreleyen ortamdaki ısı enerjisinisayabiliriz. Sıcaklık mutlak sıfırdan (0ºK) yükselmeye başladıkça, kristal yapının kazandığı ısılenerji nedeniyle bazı kovalent bağlar çözülerek serbest elektronlar oluşur. Oluşan bu serbestelektronlar iletkenlik oranını artıracak ve daha düşük bir direnç düzeyine yol açacaktır.İletkenlerin ise birçoğunun direnci sıcaklıkla artmaktadır. Bunun nedeni, iletkendeki taşıyıcısayısının sıcaklık ile önemli ölçüde artmaması, fakat nispeten sabit olan konumlarının üstündekititreşme deseninin elektronların geçişini giderek zorlaştırmasıdır. Bu nedenle sıcaklıktaki birartış, direncin artmasıyla ve bir pozitif sıcaklık katsayısıyla sonuçlanmaktadır.Ge ve Si gibi artan sıcaklıkla dirençlerinde düşüş görülen maddelere, negatif sıcaklık katsayısınasahiptir denir.


Bu durum, elektron boşluk çifti diye adlandırılır. İletkenlik bandındaki elektronlar enerjilerinikaybedip, valans bandındaki boşluğa geri düştüklerinde her şey eski haline döner.

Şekilde iletkenlik bandındaki serbest elektronların negatif uçtan pozitif uca doğru gittiklerigörülmektedir. Bu; serbest elektronların hareketinin oluştuğu akımın bir türüdür. Buna elektronakımı denir.Akımı oluşturan bir diğer tip ise valans devresindeki değişimlerdir. Bu ise; serbest elektronlarneticesinde boşlukların oluşması ile meydana gelir. Valans bandında kalan diğer elektronlar ise haladiğer atomlara bağlı olup serbest değillerdir. Kristal yapı içerisinde rasgele hareket etmezler. Bununlabirlikte bir valens elektronu komşu boşluğa taşınabilir. (enerji seviyesindeki çok küçük bir değişimle).Böylece bir boşluktan diğerine hareket edebilir. Sonuç olarak kristal yapı içerisindeki boşluklarda biryerden diğer yere hareket edecektir. Bu durum yukarıdaki şekilde gösterilmiştir. Boşlukların buhareketi de ”akım” diye adlandırılır.

Bazı valans elektronlar enerji aralıklarından geçerek, valansbandından iletkenlik bandına atlarlar. Bunlara serbestelektron veya iletkenlik elektronları denir. Bir elektron;valans bandından iletkenlik bandına atladığında, valansbandında boşluklar kalacaktır. Bu boşluklara "delik=boşluk”veya "hole” denir. Isı veya ışık enerjisi yardımıyla iletkenlikbandına çıkan her elektron, valans bandında bir delikoluşturur.

Elektron ve Delik (hole) akımı,


Silisyum ya da silikon, kullanım alanı en geniş olan elementlerden biridir. Kum ve kil formu, beton ve tuğla yapımında kullanılır. Yüksek sıcaklıklarda çalışma koşullarına çok dayanıklı bir elementtir. Silikat formuysa, mine, emaye ve çanak-çömlek yapımında önemlidir.

Teknolojide başlıca kullanım alanları;Çeliğin bileşimine de katılır. Kusursuz mekanik, optik, termal ve elektriksel özellikler taşıyan en ucuz madde olan kum halindeki silika, camın da esas bileşenidir. Aşırı saf silisyum, bor, galyum, fosfor ya da arsenik ile güçlendirildiğinde; transistörler, güneş gözeleri ve doğrultucular gibi, elektronik endüstrisinde büyük önem taşıyan aygıtların yapımında kullanılan silikon karışımları elde edilir. Elektronik mikroçiplerin yapımında yarıiletken olarak kullanılır. Diatomlar ve radyolaryalar gibi omurgasızların dış iskeletlerinin yapısına katılması nedeniyle de, yaşamsal önem taşımaktadır. Bu dış iskeletler, daha sonra dibe çökerek, çeşitli kayaçların yapısına katılır. Bitkilerin ve insan iskeletinin yapısında da silisyum bulunur.Silikon karbid (SiC), bilinen en sert maddelerden biridir.

7.6. Silisyumun ileri teknoloji açışından önemi,

Doplama (doping),Silisyum veya germanyum kristalinin yarıiletkenlik özelliklerini arttırmak için grup III ve grup V elementlerinden eser miktarda ilave edilmesi işlemine doplama denir.

P ve N tipi yarı iletken maddelerin oluşturulması,P ve N tipi yarı iletkenler germanyum ya da silisyuma belli oranlarda yabancı madde katılmasıyla oluşturulmaktadır. Son yörüngesinde (valans yörünge) 3 elektron bulunduran maddeler (Indiyum, galyum, alüminyum, bor) kullanıldığında P tipi bir yarı iletkenoluşurken, 5 elektron bulunduran maddeler (Arsenik, antimuan, fosfor) kullanıldığında ise N tipi yarı iletken elde edilmektedir.

7.7. Yarı iletkenlerde doplama (doping),

a- N (negatif) tipi yarı iletkenin oluşumu;Son yörüngesinde 4 elektron bulunduran silisyum yada germanyumun içine (yaklaşık olarak 100milyonda 1 oranında), son yörüngesinde 5 elektronbulunduran arsenik (fosfor, antimun) maddesikatılmışsa, arseniğin 4 elektronu komşuelektronlarla kovalent bağ yapar. Bir elektron iseboşta kalır. Serbest hale geçen beşinci arsenikelektronu, kristal yapıdaki madde içinde dolaşır. İşteelektron yönünden zengin olan bu karışıma N tipiyarı iletken denir.Kristal yapı içine katılan 5 elektronlu madde birelektronunu yitirdiği için elektriksel olarak pozitif (+)yüklü iyon duruma geçer. Bu elektriksel durum basitolarak gösterilirken, çekirdek (+) yüklü, serbesthalde dolaşan elektronlar ise (-) yüklü olarak ifadeedilir. N tipi yarı iletkenin oluşumunda kullanılanmaddeler elektron çoğalmasına nedenolduklarından, bunlara verici (donör) adı verilir.


N tipi yarı iletken haline gelmiş olan maddeninserbest hale geçmiş elektronları çok olduğu için,bunlara çoğunluk taşıyıcılar denir. Yani, N tipimaddede elektrik akımını taşıması işinde"çoğunluk" olan elektronlar görev yapar. N tipi yarıiletkenlerde elektronlar çoğunluk taşıyıcıdurumundayken, çok az sayıda olan oyuklar iseazınlık taşıyıcısı durumundadır. N tipi yarı iletkeneDC gerilim uygulanırsa, serbest haldeki elektronlar,gerilim kaynağının (+) ucunun çekme kuvveti ve (-)ucunun da itme kuvvetiyle, katyon (+) ucuna doğruakar. Üretecin uçları ters çevrilerek devregözlenecek olursa elektronların bir öncekinin tersiyönde aktığı görülür.


P (pozitif) tipi yarı iletkenin oluşumu;Son yörüngesinde 4 elektronu bulunan silisyum ya da germanyumun içine (yaklaşık 100milyonda 1 oranında) son yörüngesinde üç elektron bulunan bor ( galyum, indiyum,alüminyum) karıştırılırsa, indiyumun üç elektronu komşu elektronlarla kovalent bağ yapar.Silisyum ya da germanyumun elektronlarından birisi ise bağ yapacak indiyum elektronubulamaz ve dışarıdan elektron kapmak ister. İşte elektron yönünden fakir olan bu karışımelektriksel olarak pozitif yüklü iyon kabul edilir. Elektrona ihtiyaç olan yer bir oyuk (hole,delik,boşuk) ile ifade edilir ve bu pozitif yüklü kabul edilir. Zira oyuk, her an elektronçekmeye uygun durumdadır. Oyuk yönünden zengin olan bu tip karışım da P tipi maddedenir.


P tipi maddenin durumu basitçe gösterileceği zaman,çekirdek eksi (-) yüklü, oyuklar ise artı (+) yüklü olarakifade edilir. P tipi yarı iletkenin oluşumunda kullanılanmaddeler (indiyum, galyum, bor) elektron azalmasınaneden olduklarından, bunlara alıcı (akseptor) adı verilir.

P tipi yarı iletkenlerde oyuklar çoğunluk taşıyıcıdurumundayken, çok az sayıda olan elektronlar iseazınlık taşıyıcısı durumundadır. P tipi yarı iletkene DCgerilim uygulanırsa, oyuklar gerilim kaynağının eksi (-)ucunun çekme kuvveti ve artı (+) ucunun da itmekuvvetiyle, kaynağın eksi (-) ucuna doğru akar. Üretecinuçları ters yönlü çevrilerek devre gözlenecek olursaoyukların bir öncekinin tersi yönde aktığı görülür.


4 A gubunun altındaki kalay ve kurşun başlıca metalik özelliklere sahiptirler. Yarı iletken davranışgösteren germanyuma bazan yarı metal denir. Silisyum da yarı iletkendir ve kimyasal bakımdanametal özellikleri gösterir. Grubun ilk üyeleleri olan karbon ametaldir.Özellikleri,•Her ikisi de yumuşak, dövülebilir ve düşük sıcaklıklarda erirler.•İki metalin standart elektrot potansiyelleri ve iyonlaşma enerjileri de yaklaşık aynıdır.•Kalay ve kurşunun ikisi de +2 ve +4 yükseltgenme durumunda bulunurlar.•Kalay +4 yükseltgenme basamağını, kurşuna göre daha çok yeğler.•Bir grupta aşağıya inildikçe düşük yükseltgenme basamağında bulunmaya doğru bir eğilimgözlenir ki, bu grup 13 için de geçerlidir.•Kalay ve kurşun arasındaki bir diğer fark, kalayın yaygın iki kristal şeklinde (α ve β) bulunmasıdır.Oysa kurşun tek bir katı şekilde bulunur. Kalayın α (gri) ya da ametal şekli 13 °C ın altında,/β(beyaz) ya da metal şekli 13 °C ın üstünde karar lıdır. Genel olarak β (beyaz) kalaysoğutulduğunda, α (gri) kalaya dönüşmesi için 13 °C m altında uzun bir süre tutulmalıdır. Bir kezdönüşüm başlayınca oldukça hızlı meydana gelir ve belirgin şekilde sonuçlanır.•α (gri) kalay β (beyaz) kalaydan daha yoğun olduğundan, kalay genişler ve toz halinde ufalanır. Budönüşüm kalaydan yapılmış eşyaların parçalanmasına neden olur. Bazı org boruları kalaydanyapılmış olduğundan, bu durum soğuk iklimlerde kiliselerde özel bir sorun olmuştur. KuzeyAvrupa'da bu dönüşüm kalay hastalığı, kalay vebası ya ada kolay belası olarak adlandırılır.

7.8. Sn,Pb elementlerinin özellikleri ve kullanım alanları,

Kalay üretimi;En önemli kalay cevheri kassiterit, SnO2, dir. İlk başta saflaştırılan cevherdeki kalay (IV) oksit,sonra kalay metalini vermek üzere karbon (kok) ile indirgenir.

2(k) (s) 2(g)SnO + C(k) Sn + CO

Kalayın kullanım alanları;Üretilen kalay metalinin hemen hemen yarısı kalayla kaplamada, özellikle besinIeri saklamada kullanılan konserve kutuları için demiri kaplamada kullanılır. Ikinci olarak en önemli kullanım alanı (yaklaşık % 25), telleri ya da metal parçalarını birleştirmede kullanılan düşük sıcaklıkta eriyen alaşımlar, yani lehim yapımıdıır. Kurşun üretimi; Kalayın diğer önemli alaşımları bronz (% 90 Cu, % 10 Sn) ve pevter (% 85 Sn, % 7 Cu, % 6 Bi, % 2 Sb) dir. Kalay ve kurşun alaşımları org borusu yapımında kullanılır. Kurşun başlıca galen ( PbS) şeklinde bulunur. PbS önce havada ısıtılarak (kavurma) kurşun okside dönüştürülür. Daha sonra oksit kok kömüırü ile indirgenir ve Pb metali elde edilir.

(k) 2(g) (k) 2(g)

(k) (k) (s) 2(g)

2 PbS + 3 O 2 PbO + 2 SO

2 PbO + C 2 Pb + CO

Üretilen kurşunun yarısından fazlası kurşun-asit (akümülatör) bataryasında kullanılır.Diğer kullanıldığı yerler, lehim yapımı ve başka alaşımlar, cephane ve radyasyon kalkanı (X-ışınlarına karşı koruma) dır.


Kalay ve kurşunun bileşikleri;Kalay başlıca iki oksit, SnO ve SnO2 oluşturur.SnO havada ısıtılarak SnO2 e dönüştürülebilir. SnO2 mücevher aşındırıcı olarak kullanılır.Kurşunun en iyi bilinen oksitleri sarı PbO (litarj), kırmızı-kahve renli kurşun dioksit, (PbO2) vekırmızı kurşun(Pb3O4) olarak bilinen karışık değerlikli oksittir.Kurşun oksitler kurşun-asit akümülatörleri, cam, seramik sırlama, çimentolar (PbO), metalkoruyucu yağlı boyalar (Pb3O4) ve kibritlerin (PbO2) yapımında kullanıhrlar. Diğer kurşunbileşikleri genellikle oksitlerden elde edilirler. Kurşun +2 yükseltgenme basamağında olmayıyeğlediğinden, Pb (IV) bileşikleri Pb(II) ye indirgenme eğilimi gösterirler ve bu nedenle iyiyükseltgendirler. Bu nedenle, PbO2 önemlidir.

+ 2+(aq) (aq) 2(k) 2 (s)PbO + 4 H + 2 e- Pb + 2 H O

HalojenürlerKalayın klorürleri (SnCl2 ve SnCl4) sanayide önemli kullanıma sahiptirler. SnCl2 iyi bir indirgendirve sulu çözeltide Fe(III) ü Fe(II) ye indirgeyerek demir cevherinin kantitatif analizinde kullanılır.SnCl4, kalay ile Cl2(g) un doğrudan tepkimesinden oluşur; hurda kalay kaplamalardan kalayınyeniden kazanılmasım sağlar. Kalay(II) florür, SnF2 (stannöz florür), diş macununda boşlukdolduran katkı maddesi olarak önemli bir kullanıma sahiptir.


Kurşun Zehirlemesi Kurşun biyokimyasal tepkimelere zarar vererek hemoglobindeki demir içeren "hem" grubunu çıkarır. Kanda 10-15 pg/100 mL kadar az Pb, özellikle küçük çocuklarda fizyolojik etki meydana getirir. Kurşunlu benzinin kullanılmasının bırakılması kandaki Kurşun zehirlenmesinin yavaş şekli sinirliliğe ve zihinsel depresyona neden olur. Daha ciddi durumlar kalıcı sinir, beyin ve böbrek tahribatına götürür.

Kurşunlu benzinin kullanılmasının bırakılması kandaki ortalama kurşun düzeyinin belirgin şekilde düşmesini sağlamıştır. Günümüzde kurşun kirliliğinin başlıca kaynağı olarak, eski yapıların kurşun esaslı yağlı boyalı yüzeyleri ve tesisatların lehimlenmiş ek yerleri görülmektedir. Modern tesisat lehiminden kurşun çıkartılmış olup, şimdi % 95 Sn % 5 Sb karışımı kullanılır.


NOT: Bu konu MEB kimya kitabında daha kısa anlatılmış, ama kazanımlarda detaylara girilmiştir.MT


8.1. Havadan azot elde etme yöntemi, 8.1. Havadan azot elde etme yöntemini açıklar.

8.2. Azot molekülünün yapısı özellikleri

ve kullanım alanları,

8.2. Azot molekülünün yapısını özellikleri ve kullanım

alanları ile iliskilendirir.

8.3. Azotun farklı yükseltgenme

basamaklarında bulunduğu bileşikleri,

8.3. Azotun farklı yükseltgenme basamaklarında

bulunduğu bileşiklerine örnekler verir.

8.4. Azot oksitlerinin oluşumu ve çevre

için zararlı etkileri,

8.4. Azot oksitlerinin olusumunu ve çevre çin zararlı

etkilerini tartısır.

8.5. Başlıca azot bileşiklerinin elde ediliş

yöntemleri ve kullanım alanları,

8.5. Baslıca azot bilesiklerinin elde edilis yöntemlerini ve

kullanım alanlarını açıklar.

8.6. Fosfor elementinin elde ediliş

yöntemini ve allotroplarının özellikleri,

8.6. Fosfor elementinin elde edilis yöntemini ve

allotroplarının özelliklerini açıklar.

8.7. Fosforik asitlerin ve tuzlarının

kullanım alanları, özellikleri,

8.7. Fosforik asitlerin ve tuzlarının kullanım alanlarını

özellikleri ile iliskilendirir.

8.8. Fosfatlı gübreler ve deterjanlardan

kaynaklanan çevre sorunlarını,

8.8. Fosfatlı gübreler ve deterjanlardan kaynaklanan çevre

sorunlarını sorgular.

8.9. 5A grubundaki diğer elementlerin ve

bileşiklerinin kullanım alanları,

8.9. 5A grubundaki diğer elementlerin ve bileşiklerinin


8.BÖLÜM:5A GRUBU ELEMENTLERİ

8.1. Havadan azot elde etme yöntemi,

Temiz hava kompresörebeslenir ye soğutmabiriminde soğutulur. Soğukhava genleşme vanasındangeçirilir ve sıvılaşıncayakadar soğutulur. Sıvı hava,içindeki katı CO2 yehidrokarbonlardanarındırmak için süzülür vedaha sonra damıtılır. Sıvıhava damıtma kolonununüst tarafına gönderilir.

Burada en uçucu (kaynama noktası en düşük) bileşen olan azot ortamdan ayrılır.Kolonun ortalarında argon gaz haline gelerek ayrılır. En az uçucu bileşen olan sıvıoksijen kolonun dibinde toplanır. Azot,argon ye oksijenin kaynama noktaları, sıra ile77,4, 87,5 ve 90,2 K dir.

8.2. Azot molekülünün yapısı özellikleri ve kullanım alanları,

Azot birçok bileşikte bulunmasına rağmen, N2 oldukça inerttir.N2'nin inertliği ve tepkime verme hızının düşük oluşu birkaçetkenden ileri gelmektedir.1. NΞN bağının kuvvetli olması nedeniyle aktivasyon enerjisi

yüksektir.2. 2. N2 molekülünün polarlanabilirliği düşüktür. Bu durum,

nükleofil ya da elektrofil yer değiştirme tepkimelerinde araürün (polar geçiş hali) oluşumunu güçleştirmektedir.

Bunların bir sonucudur ki, azotun allotropları mevcut değildir.Oda sıcaklığında birkaç güçlü indirgenden elektronalabilmektedir. Bu indirgenlerden biri Iityumdur. Lityum ileoda sıcaklığında yavaş bir etkileşim sonucu Li3N oluşmaktadır.

N N

8.2. Azot molekülünün yapısı özellikleri ve kullanım alanları,

Özellikleri;•Her şeyden önce elektronegatifliği oldukça yüksektir.•Değerlik kabuğunda d alt kabuğunun olmaması nedeniyle, dörtlü koordinasyondan yüksekmoleküler bileşikleri yok denecek kadar azdır.•Bakterilerin oda sıcaklığında N2'yi birçok bileşiğe dönüştürmesi, N2'nin etkinleştirilmesikonusunda önemli ipuçları vermektedir.•N2, nitrojenaz enzimi ile NH4

+ ya dönüşmektedir. Bu enzim üzerinde yapılan araştırmalardaenzimin demir ve molibden içerdiği belirlenmiştir.

Kullanıldığı yerler;•Atmosferin hacimce %78'ini oluşturan azot, sıvı havanın damıtılmasıyla üretilir. •Üçlü bağ içerdiğinden oldukça kararlıdır ve tepkimeye girme yatkınlığı düşüktür. •Bu nedenle, oksijen ve neme duyarlı tepkimelerin gerçekleştirilmesinde, inert ortam olarak azot gazı kullanılır. •Sıvı azot düşük sıcaklıkta gerçekleştirilen tepkimeler için uygun bir soğutucudur.

8.3. Azotun farklı yükseltgenme basamaklarında bulunduğu bileşikleri,

Azot değişik bileşiklerinde farklı değerliklere sahip olabilmektedir.Eksi yükseltgenme basamağı sadece -3 değil, -2,-1 (NH2OH, N2H4) yükseltgenmebasamağında da buluna bilirler.Azit ya da trinitrit (N3

-) iyonunda azotun yükseltgenme basamağı -1/3 tür.Azit iyonu, hidrazoik (HN3) asidinin eşlenik bazıdır.

Azot +1 ben +5 e kadar farklı pozitif yükseltgenme basamaklarında da buluna bilirler.Örnek olarak; N2O, NO, N2O3, NO2 ve N2O5 bileşikleri verile bilir.

8.4. Azot oksitlerinin oluşumu ve çevre için zararlı etkileri,

Azotun Oksitieri :Azot oksitlerin ilginç özelliklerinden birisi oluşum serbest enerjilerinin pozitif olmasıdır.

Bu özellik oksitlerin termodinamik olarak kararsızlığının bir ölçüsüdür. N2O tin oda sıcaklığındabozunmamasının sebebi bozunma entalpisinin yüksek olmasından kaynaklanmaktadır.

32,5 °C ve 1 atm basınçta süblimleşen bir katı olan N2O5 hariç, azotun tüm oksitleri 25 °C degazdır. Kahverengi NO2(g) ve onun renksiz dimeri N2O4(g) arasındaki denge nedeniyle; yaklaşık-10 °C ile 140 °C arasındaki sıcaklıklarda bu gazları saf olarak elde etmek mümkün değildir.Düşük sıcaklıklarda N2O4 saf bir katı olarak elde edilebilir. 140 °C nin üzerindeki gaz fazıdengesinde, dengenin yönü daha çok NO2(g) lehinedir. N2O3 katı halde açık mavi, sıvı haldedaha canlı mavi bir renktedir.

0

2 (g) 2(g) 2(g) 2N O 2N + O G =-208 kJ (298 K de)

8.4. Azot oksitlerinin oluşumu ve çevre için zararlı etkileri,

8.5. Başlıca azot bileşiklerinin elde ediliş yöntemleri ve kullanım alanları,

Azot Hidrürler Azotun oluşturduğu hidrürler NH3 (amonyak), N2H4 (hidrazin), N2H2 (diazen ya da diimit) ve HN3 (hidrazoik asit)'tür.


Doğada amonyak, atmosferik N2'den azot-bağlayıcı bakteriler tarafından üretilir.Bakterilerde bulunan nitrojenaz enzimi NH3

oluşumunu katalizlemektedir. Endüstride inceöğütülmüş demir katalizörlüğünde H2 veN2'den NH3 elde edilir:

Üretilen amonyak gübrelerde, patlayıcımaddelerin sentezinde, sentetik elyafüretiminde, çok çeşitli organik ve inorganikbileşiklerin sentezinde kullanılır.

0380 C/200 atm

2 2 33H + N 2NH

-1

2 4 2 2 2N H + O N + 2H O H° = - 622 kJ mol

Hidrazinin oksijen ile yükseltgenmesi ekzotermiktir. Bu nedenle hidrazin ve metil türevleri roket yakıtlarında kullanılmaktadır


Nitrürler:Azot, İyonik (tuz benzeri) nitrürlerde, azot N3- iyonu olarak bulunur. Bu bileşikler lityum vegrup 2 deki metallerle oluşur. Sözgelimi, magnezyum havada yandığı zaman, ana ürün olarakmeydana gelen magnezyum oksit yanında, az miktarda magnezyum nitrür de vardır.Nitrür iyonu çok kuvvetli bir bazdır. Sulu çözeltide, su molekülünden protonları alarakamonyak ve hidroksit iyonlan oluşturur.

(k) 2(g) 3 2(k)3Mg + N Mg N

3- -(aq) (aq)2 (s) 3(aq)N + 3H O NH + 3OH


Azit:Azotun, azit ya da trinitrit (N3

-) iyonunda azotun yükseltgenme basamağı -1/3 tür. Azit iyonu,hidrazoik (HN3) asidinin eşlenik bazıdır. Yüksek sıcaklıkta NO3

- ya da N2O'nun NaNH2 (sodarnit)ile yükseltgenmesinden elde edilir.N3

- iyonu metal katyonlarına karşı iyi bir liganddır. Pb(N3)2 ve Hg(N3)2 gibi ağır metalkompleksleri patlayıcıdırlar. NaN3 tuzları termodinamik alarak kararsız, buna karşın kinetikolarak kararlıdır. Alkali metal tuzları ısıtıldığında N2 açığa çıkar.

- - - -

2 3 3 3

- - -

2 2 3 3

3NH + NO N + 3OH + NH

2NH + N O N + OH + NH

8.6. Fosfor elementinin elde ediliş yöntemini ve allotroplarının özellikleri,

8.6. 1. Fosfor elementinin elde ediliş yöntemi,Fosfor, yeryüzünde kütlece % 0,11 lik bir oranla onbirincisırada yer alan bir element olmasına rağmen, 1669 yılınakadar keşfedilemedi. İlk olarak bozunmuş idrardan (hoşolmayan ama iyi bir kaynak) elde edildi.Günümüzde fosfor bileşiklerinin ana kaynağı, apatitler olarakbilinen florapatit [Ca5(PO4)3F, 3Ca3(PO4)2. CaF2] ve bir mineralsınıfı olan fosfat kayalarıdır. Elementel fosfor, fosfat kayası,silisyum dioksit (SiO2) ve kok (C) karışımının bir elektrikfırınında ısıtılmasıyla elde edilir. Net tepkime eşitliği aşağıdakigibidir.

3 4 2(k) (k) 2(k) 3(s) (g) 4(g)2 Ca (PO ) +10C +6SiO 6 CaSiO +10CO + P

P4(g), yoğunlaştırılıp toplanır ve beyaz fosfor olarak su altında saklanır.

8.6.2.Fosfor elementinin allotropları ve özellikleri,

Fosforun yaygın olarak kullanılan iki allotropu beyaz fosfor ve kırmızıfosfordur.Beyaz fosfor;Beyaz fosfor beyaz, mumsu ve bıçakla kesilebilen fosforesan (fosforesanbir madde karanlıkta ışıldar) bir katıdır. Beyaz fosfor, elektriği iletmeyen,havada kendiliğinden tutuşabilen (bu yüzden su altında saklanır) birmaddedir.

Beyaz fosforun temel yapı birimleri P4 molekülleridir. P4 molekülü her köşede bir P atomununolduğu dörtyüzlü yapıdadır. P4 de P-P bağlan 3p orbitallerinin örtüşmesiyle oluşur. Normalolarak böyle örtüşmeler 90° bağ açıları 60° dir. Bu bağlara gerilimli bağlar denir ve beklenildiğigibi, gerilimli bağlar içeren moleküller etkindir.Beyaz fosfor havada kendiliğinden yanarak fosfor trioksit ve pentaoksit verir. Halojenlerle,kükürt ve bazı metallerle de tepkimeye girer. Kibrit, cephane, böcek öldürücü, çelik, fosfortuncu, fosforik asit ve fosfatlı gübre yapımında kullanılır. Beyaz fosfor, sodyum hidroksitçözeltisiyle kaynatıldığında renksiz, son derece zehirli bir gaz olan fosfin (PH3)e dönüşür. Bugaz kimyasal silâh olarak kullanılmıştır. Fosfor yaşam için de gerekli bir elementtir. Kemiktekalsiyum fosfat biçiminde bulunur. Canlı dokulardaki yüksek enerjili bir dizi bileşiği de fosfatlar(özellikle adenosin trifosfat, ATP) oluşturur.

8.7. Fosforik asitlerin ve tuzlarının kullanım alanları, özellikleri,

Krmızı fosfor;Beyaz fosfor havasız yerde 300 °C dolayında ısıtıldığı zaman kırmızı fosfora dönüşür. Burada,her P4 mülekülündeki bir P-P bağı kopar ve böylece oluşan parçalar uzun zincirleroluşturmak üzere birbirlerine bağlanırlar. Kırmızı P beyaz P dan daha az etkindir. Kırmızı vebeyaz fosforun temel yapı birimlerindeki atom düzenleri farklı olduğundan, bunlara fosforunallotropları denir. Kırmızı fosforun üçlü noktası 590 °C ve 43 atm dir. Bu nedenle yaklaşık 420°C civarında erimeden süblimleşir.Kırmızı Fosfor, beyaz fosforun polimerleşmesi gibi düşünüle bilir. Elementel fosfor kolaycaoksitlenir ve bu yüksek reaktivite sonucunda tehlikeli sonuçlar oluştura bilir ancak, kırmızıfosfor daha az reaktiftir. Kırmızı fosfor kibrit yapımında kullanılır.

Kiprit Üretimi:1831 yılında kullanılışı basit ilk kibrit beyaz fosfor kullanılarak yapılmıştır.Kokusuz kibrit olmasına rağmen beyaz fosforun zehirli olmasından dolayı pektutulmamıştır. 1855'de İsveçli Johan Edvard Lundstrom ilk güvenlik kibritininpatentini almayı başarmıştır. Yaptığı kibrit ise bir kutunun dış yüzeyine kırmızıfosfor sürüp kalan kimyasal maddeleri ise kibrit çöpünün uç kısmınayerleştirilmesi sonucu meydana geliyor. Beyaz fosforun zehirinden ve sürtünmekibritlerinde görünen şiddetli alev alma sorunlarını gidermiştir. 1889'da JoshuaPusey, ilk kibrit kutusunu icat edip patentini almış, 1896'da patentini DiamondMatch Company'ye 4000 dolar ve bir iş karşılığında satmıştır.

8.7. Fosforun önemli bileşiklerinin kullanım alanları ve özellikleri, (Oksitleri,asitleri ve tuzları)

Fosforun oksitleri:Fosforun en önemli bileşikleri, fosforun +3 ve +5 yükseltgenmebasamaklarına sahip olduğu oksit ve oksiasitlerdir.P4 un sınırlı miktarda O2(g) ile tepkimesi P4O6 oluşturur ve aşırıO2(g) kullanılırsa P4O10 elde edilir. Fosfor oksitler içinyazabileceğimiz en basit formüller ve adları sıra ile P2O3 (fosfortrioksit) ve P2O5 (fosfor pentoksit) dir. Bununla beraber P2O3 veP2O5 sadece basit formüllerdir. Bu oksitlerin gerçek molekülformülleri, P4O6 ve P4O10 dır.Her bir oksit molekülünün yapısı P4 dörtyüzlüsüne dayanır vebunun için her molekül dört P atomuna sahip olmalıdır. P4O6

molekülündeki P4 dörtyüzlüsünde P atomlan birbirlerine çifterçifter O atomlanyla bağlanır ve bu da her P4 dörtyüzlüsü başınaaltı O atomu anlamına gelir. P4O10 molekülünde ise altı O köprüatomuna ek olarak her köşe P atomuna bir O atomu dahabağlanır. Bu da, P4 dörtyüzlüsü başına toplam on O atomuanlamına gelir.


Fosforun oksi asitleri;P2O3 (fosfor trioksit) ve P2O5 (fosfor pentoksit) her ikisi de asit anhidrit olan fosfor oksitleri suyla etkileşince oksi asitler verirler.

4 6(s) 2 (s) 3 3(aq)

4 10(k) 2 (s) 3 4(s)

P O + 6 H O 4 H PO

fosforöz asit

P O + 6 H O 4H PO

fosforik asit

Fosforik asidin çoğu, sülfürik asidin fosfat kayası ile etkileştirilmesinden elde edilir.

3 4 2 2(k) 2 4(der aq) 2 (s) 3 4(aq) 4 2 (k) (aq)3Ca (PO ) .CaF +10 H SO + 20H O 6H PO + 10 CaSO .2H O + 2 HF

fkorapatit alçı taşı


Yapıları zincir şeklinde olan fosforik asitlere polifosforik asitler ve tuzlarına da polifosfatlardenir. Özellikle canlı organizmalarda bulunan polifosforik asitlerin iki önemli türevi ADP ve ATP dir.


Fosforun tuzları (fosfatlar): PO4-3 iyonunun

değişik element ve köklerle yaptıklarıbileşiklere genel anlamda fosfatlar denir.Tabiatta en yaygın bulunan fosfat mineraliapatit [Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)] olup yapısı şekildegösterilmektedir.

(PO4) gruplarının oksijenleri iki farklı yapısal yerde bağlantı gösterirler. Ca, bunlardan birindedüzensiz 9’lu koordinasyon diğerinde ise 8’li koordinasyon halindedir. Her F (Cl veya OH) üçCa ile bir üçgen meydana getirir. Apatit hem anyonlar hem de katyonlar ile çeşitli katıeriyikler yapar.Florapatit [Ca5(PO4)3F] en yaygın bulunan apatit türüdür. Klorapatit [Ca5(PO4)3F] ve hidroksilapatit [Ca5(PO4)3OH] ise daha seyrek olarak bulunurlar. F, Cl ve OH, birbirinin yerini alarak tam katı eriyik serileri meydana getirebilirler. Seyrekte olsa doğada bulunan diğer fosfat bileşikleri;Litiofilit: Li(Mn, Fe)PO4, Monazit (Ce,La,Y,Th)PO4, Apatit: Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)Piromorfit: Pb5(PO4)3Cl, Ambligonit LiAlPO4F, Lazulit: (Mg,Fe)Al2(PO4)2(OH)2

Skorzalit: (Fe,Mg)Al2(PO4)2(OH)2, Vavellit : Al3(PO4)2(OH)3.5H2O, Turkuaz: CuAl6(PO4)4(OH)8.4H2O

8.8. Fosfatlı gübreler ve deterjanlardan kaynaklanan çevre sorunlarını,

Gübre ve deterjanların içerdiği fosfatlı bileşikler değişikyollarla çevreye yayılmakta ve çevresel sorunlara yolaçmaktadır. Fosfor, bitkilerin büyümesi için zorunlu bir besinolduğundan, fosfatlar gübre olarak çok kullanılır. Fazla gübrekullanımı, göl ve akarsuların fosfat kirlenmesine ve bununsonucunda da özellikle deniz yosunları olmak üzere bir bitkibüyümesi patlamasına neden olabilir. Deniz yosunları sudaçözünmüş O2 derişimini düşürür ve O2 nin bu eksikliği debalıkları öldürür. Besin maddeleri ile zenginleşmelerinin birsonucu olarak tatlı su kitlelerinde oluşan bu tür değişmeyeötrofikasyon denir. Bu, jeolojik çağlar boyunca meydanagelen doğal bir süreç olup insan etkinlikleriyle büyük çaptahızlandırılır.Bunun için çevreye fosfat ulaşımının azaltılması, lağımsularının arıtma tesislerinde işlenmesi ve fosfatın lağımsularından uzaklaştırılması gerekmektedir.

8.9. 5A grubundaki diğer elementlerin ve bileşiklerinin kullanım alanları,

Arsenik, As sembolü ile gösterilen ve periyodik cetvelin 5A grubundabulunan bir elementtir. Arsenik, bileşiklerinde 5+, 3+ ve -3 değerliklerialabilir.

Arsenik, arsenik içeren metal sülfürler ısıtılarak elde edilir. Örneğin, FeAsSısıtıldığında FeS ve As(g) verir. As(g), As(k) halinde yoğunlaştırılıp toplanır ve sonradiğer bileşiklerin elde edilmesinde kullanılabilir. Arseniğin bir kısmı CO(g) ile arsenik(III) oksitin indirgenmesinden de elde edilebilir.Arseniğin üç allotropu mevcuttur. Bunlardan gri arsenik metalik halde bulunur vekararlıdır. Bunun yoğunluğu büyüktür. Sarı arsenik ametalik halde olup dört atomluAs4 moleküllerden meydana gelir ve uçucudur. Bu, arsenik buharının anisoğutulması ile elde edilir. Amorf olan siyah arsenik, arsin'in (AsH3), ısı ilebozunmasından elde edilir.Arsenik; bronz eldesinde, pirotekni alanında, mermi ve güllelerin sertliğinin veşeklinin sağlanmasında kullanılır. Bazı bileşikleri tarım alanında böcek öldürücü yada zehir olarak kullanılmaktadır. Transistörler gibi hareketli parçaları bulunmayanaygıtların yapımında da son zamanlarda önem kazanmıştır. Lazerlerin, LED'lerin veyarıiletkenlerin de yapısına katılır. Solunduğunda güçlü bir karsinojen (kanser yapıcı)olan arsenik, bağırsaklar ve karaciğer üzerinde yüksek derecede tahribata nedenolur. Zararlılarla mücadele için kullanılan kimyasalların ve ahşap koruyucularınbileşiminde bulunan arsenik, yutulması durumunda zehir etkisi gösterir.


Antimon (Sb), periyodik tablonun 5-A grubunda yer alan elementtir. Periyodik tablonun 51. Elementidir (Atom numarası: 51). Erime noktası 630, kaynama noktası ise 1380 derecedir.Doğal antimon, sülfürlerden (Sb2S3) elde edilir. Metale benzeyen, kırılabilen ve kolayca toz durumuna getirilebilen gümüş beyazı renginde bir katıdır. Antimon türevleri tıpta balgam söktürücü olarak kullanılır. Kimyada da alaşımlarda kullanılır. Bazı tuzları bazı hastalıkların tedavisinde etkili maddelerdir. Ayrıca akülerde de kullanıldığı bilinir. Cephane yapımında, cam ve seramik sanayinde ve renklendirmede kullanılır.


Bizmut (sembolü Bi), periyodik tabloda 5-A grubunda yer alanatom numarası 83 olan elementtir. Atom ağırlığı 208,98 g/mol,oda sıcaklığındaki yaklaşık yoğunluğu 9,8 g/cm³, atom yarıçapı160pm'dir. Erime noktası 271,3 santigrat derece, kaynamanoktası 1564 santigrat derecedir.

Bizmut gri renkli bir metaldir. Doğada serbest olarak ya da sülfür ve oksitleri halindebulunur. Bizmut filizlerinin hidrometalik ya da pirometalurjik işlemler sonucuyoğunlaştırılmasıyla ya da bakır ve kurşun cevherlerinin saflaştırılmasından yan ürün olarakelde edilir.Bizmutun, katı hale geçerken %3,32 oranında genleşmek gibi ilginç ve farklı bir özelliğivardır. Bu yüzden alaşımları, yüksek sıcaklıklardan zarar görebilecek malzemelerin yapısındakullanılmaya son derece uygundur. Bu alaşımlar ayrıca, bizmutun soğudukça genleşmeözelliği nedeniyle, sıvı olarak döküldükleri kapta soğuyup katı hale geçerken, kabın şeklinialırlar. Kalay ve kadmiyum gibi metallerle oluşturduğu, erime noktası düşük alaşımlar,yangın alarmları ve söndürücü güvenlik donanımlarının yapımında kullanılır. İşlenebilirdemir yapımında ve akrilik elyaf eldesinde katalizör olarak kullanılır. Bilinen en yüksekelektronegatifliğe sahiptir. Lastik üretiminde, cam ve seramik sanayinde, eczacılıkta veparfümeride de kullanımı vardır. Isıluç olarak da kullanılan bizmut, nükleer santrallerde U-235 ve U-233 izotoplarını içeren yakıtların taşınmasında kullanılmaktadır. MnBi'den eldeedilen "Bismanol" adlı alaşım, yüksek kaldırma kuvvetine sahip, kalıcı bir mıknatıstır.

9.bölüm


9.1. Laboratuvarda ve endüstride

oksijen üretim yöntemleri,

9.1. Laboratuvarda ve endüstride oksijen

üretim yöntemlerini açıklar.

9.2. Oksijen elementinin kullanım

alanları,

9.2. Oksijen elementinin kullanım

alanlarına örnekler verir.

9.3. Oksit tipleri ve oksitlerin

sınıflandırması,

9.3. Oksit tiplerini ve sınıflandırma

esaslarını açıklar.

9.4. Ozonun molekül yapısı ile

özellikleri ve kullanım alanları,

9.4. Ozonun molekül yapısı ile özellikleri

ve kullanım alanları arasında iliski kurar.

9.5. Atmosferdeki ozonun

oluşumunu ve çevre açısından

önemini,

9.5. Atmosferdeki ozonun oluşumunu ve

çevre açısından önemini açıklar.

9.6. Kükürt üretimi ve kullanım

alanları,

9.6. Kükürdün üretimini ve kullanım

alanlarını tepkimeleriyle açıklar.

9.7. Baslıca kükürt bileşiklerinin

üretimi ve kullanımı çevre kirliliği

ile ilişkileri,

9.7. Baslıca kükürt bileşiklerinin üretimini

ve kullanımını çevre kirliliği ile de

ilişkilendirerek irdeler.

9.1. Laboratuarda ve endüstride oksijen üretim yöntemleri,

Normal koşullarda 6A Grubunun gaz halinde tek elementi olan oksijenin 16O, 17O ve 18Oolmak üzere üç izotopu vardır. Bunların bollukları, sırasıyla, %99.7, %0.2 ve %0.1 dir.

Oksijen atmosferde büyük oranda O2 ve çok az miktarda O3 halinde bulunur.6A Grubununilk elementi olan oksijen, yer kabuğunda kütlece %46, atmosferde %21 oranında bulunur.Bolluğu yüksek olmasına rağmen, saf oksijen elementi 1770 yılında C. W. Scheele ve J.Priestly tarafından keşfedilmiştir. Priestly'in bir cam balonda HgO‘ti ısıtarak oksijen gazınıelde etmesi klasik kimya tarihinde bir dönüm noktası olmuştur.

•Labaratuarda oksijen suyun elektroliziyle elde edilir.•Endüstride ise oksijen, sıvı havanın damıtılmasıyla büyük ölçekte üretilir.

9.1. 1. suyun elektrolizi,

Suyun elektrolizi;Deneyin yapılışı: Temiz bir kaba 500cm3 saf su konur. 60 gr çamaşırsodasını (Na2 CO3.H2O) azar azar su içine döküp karıştırarak çözünüz.Daha sonra çözeltiye, 1000cm3’e çıkıncaya kadar saf su ilave edilir.Böylece yaklaşık %5’lik çözelti hazırlanmış olur. 250 cm3’lük temiz birbeherin üçte ikisine kadar çözelti konur. İki deney tüpü alarak bunlarağızlarına kadar ağızlarına kadar çözeltiyle doldurulur.

Kesiti tüp ağzından daha geniş bir tıpayı parmağınızla bu tüpün ağzında tutarak tüp tersçevrilir ve beherdeki çözeltiye daldırılır. Daha sonra parmak çekilir ve tıpa çözeltiden alınır.Böylece tüp içine hava girmesi önlenmiş olur. İkinci tüp için de aynı işlem yapılır. İki çelikelektrot alınarak bunları, birer uçları çözelti içindeki tüpler içine girecek şekilde yerleştirilir.Elektrotların çözelti dışında kalan uçlarına tel tutturucuları ile iletken teller bağlanır. İletkentellerden birinin ucunu seri bağlı pillerin veya doğru akım güç kaynağının (+) ucu ilebirleştirilir. Diğer iletken ucunu pil veya güç kaynağının (-) ucuna dokundurulup çekilir.Elektroliz kabındaki elektrotlardan güç kaynağının (+) ucuna bağlanmıştı. Şimdi de diğerelektrotu güç kaynağının (-) ucuna bağlanıp saate bakılır.5, 10, 15. dakikada tüplerdetoplanan gaz miktarları tüpler üzerinde işaretlenir ve devre kesilir. Güç kaynağının (-) ucunabağlı elektrotun bulunduğu tüpte hidrojen gazı diğer tüpte de oksijen gazı toplanır.Sonuç: Su, kendini meydana getiren hidrojen ve oksijene ayrışmış olur.Endüstride ise oksijen, sıvı havanın damıtılmasıyla büyük ölçekte üretilir. Sıvı havanın damıtılması olayı N2 eldesinde anlatılmıştır.

9.2. Oksijen elementinin kullanım alanları,

Oksijen elementi, bitkilerin ve hayvanların yaşamlarını devam ettirebilmeleri, solunum gazı olan oksijenin (O2) varlığına bağlıdır. Atmosferin %21'i, oksijen gazından oluşmaktadır. Hastanelerde, solunum rahatsızlıkları gösteren hastaların tedavisi için de oksijen gazı sıkça kullanılır. Ayrıca kaynak yapımında, suyun saflaştırılmasında ve beton eldesinde de oksijen kullanılır. Paslanma da, oksijenin varlığında gerçekleşir. O2, endüstride çelik yapımında kullanılır.

Oksijenin kokla tepkimesinden CO ya da CO2 oluşur. Her iki tepkime de ekzotermiktir.

-112(k) 2(g) (g)

-1

(k) 2(g) 2(g)

-112(g) 2(g) 2(g)

C + O CO H=-110,5 kJmol

C +O CO H=-393,5 kJmol

CO + O CO H=-283 kJmol

9.3. Oksit tipleri ve oksitlerin sınıflandırması,

Elementlerin oksijen ile oluşturdukları bileşiklere oksit denir.Lavoisier'in geliştirdiği kimyasal adlandırma kurallarına göre, (oksijenle birleşen elementin adı+ oksit) şeklinde isimlendirilirler.Na2O=Sodyum oksit CaO=Kalsiyum oksit CuO=Bakır (II) oksit SO2=Kükürt di oksit N2O5=Di azot penta oksit … gibi.

9.3.1 Oksit tipleri

a) Metal Oksitler:Metallerin oksijen ile oluşturdukları bileşiklere metal oksitler denir. Na2O → Sodyum Oksit. K2O → Potasyum Oksit.Li2O → Lityum Oksit.MgO → Magnezyum Oksit.BeO → Berilyum Oksit.BaO → Baryum Oksit.CaO → Kalsiyum Oksit. FeO → Demir (II) Oksit. Fe2O3 → Demir (III) Oksit. ZnO → Çinko Oksit. Al2O3 → Alüminyum Oksit.

b) Ametal Oksitler :Ametallerin oksijen ile oluşturdukları bileşiklere ametal oksitler denir. SO2 → Kükürt Di Oksit. SO3 → Kükürt Tri Oksit. CO2 → Karbon Di Oksit.N2O3 → Di Azot Tri Oksit.N2O5 → Di Azot Penta Oksit. P2O3 → Di Fosfor Tri Oksit.CO → Karbon Mono Oksit.NO → Azot Mono Oksit.

9.3.2 Oksitlerin sınıflandırması,

Oksitler, oksijenin yükseltgenme basamağına göre dört grupta toplanabilirler.

a. Ozonürler (Trioksitler): Oksijenin (-1/3) yükseltgenme basamağında bulunduğu ikilibileşikleridir. En iyi bilinen ozonür, potasyum ozonürdür. Bu bileşik, KOH ile ozonuntepkimesinden elde edilir.

3 3 2 23KOH + 2O 2KO +KOH H O +1/2O

KO3'te oksijen, O3- iyonu halindedir. Bu iyon kararsız olduğundan KO3,

3 2 2KO KO + 1/2O

tepkimesine göre bozunarak süper oksitleri oluştururlar.

b. Süperoksitler: Oksijenin (-1/2) yükseltgenme basamağında bulunduğu ikilibileşikleridir. Potasyum, rubidyum ve sezyum elementlerinin havada yanmasıylasüperoksitler oluşur. Sodyum süperoksit (NaO2), sodyum peroksidin yüksek sıcaklık vebasınçta oksijen ile tepkimesinden elde edilir.

500 0C, 300 atm

2 2 2 2Na O + O 2NaO

Süperoksitler iyonik bileşikler olduğundan oksijen O2- halindedir.


c.Peroksitler: Oksijenin (-1) yükseltgenme basamağında bulunduğu ikili bileşikleridir. 1A ve2A Grubu elementlerin tümünün peroksitleri bilinmektedir. H2O2 dışındaki peroksitleriyoniktir ve bu oksitlerde oksijen O2

2- iyonu halindedir. H2O2 ise kovalent bir peroksittir.

Hidrojen peroksit (H2O2) soluk mavi renkte; sulandırıldığında ise renksizhale gelen bir bileşiktir. Çok zayıf bir sit olan bileşik; özellikle kâğıt sanayindekağıtlara beyaz renk vermek için üretilmektedir. Bileşik ayrıcadezenfektasyon, oksitlenme, antiseptik üretimi ve roket yakıtı üretimindede kullanılmaktadır.Bileşiğin doğru formülünün H-O-O-H şeklindedir ve açık yapıları şekillerdegörülmektedir.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8e/Wasserstoffperoxid.svg

http://tr.wikipedia.org/wiki/Dosya:Hydrogen-peroxide-3D-balls.png

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/tr/0/0a/H2O2_model_T%C3%BCrk%C3%A7e.png


d.Oksitler: Oksijenin (-2) yükseltgenme basamağında bulunduğu ikili bileşikleridir. Oksijenin ikili bileşiklerinin çoğu bu gruba girer. Oksijen, alkali, toprak alkali ve elektropozitif geçiş elementleri ile iyonik oksitler oluşturur. Bu bileşiklerde O2- iyonu halinde bulunur. Ametal ve yarımetaller ile oluşturduğu oksitlerde metal-oksijen bağının kovalent karakteri dikkate değer ölçüde yüksektir. Bu nedenle, ametal oksitler genellikle moleküler yapıdadır. Yarımetal oksitlerde hem moleküler hem de polimerik yapılar yaygındır.

METAL OKSİT (-2) PEROKSİT(-1) SÜPER OKSİT(-1/2) OZONÜER(-1/3)

Lİ Li2O Li2O2 -- --

Na Na2O Na2O2 NaO2 --

K K2O K2O2 KO2 KO3

Rb Rb2O Rb2O2 RbO2 --

Cs Cs2O Cs2O2 CsO2 CsO3

Be BeO BeO2 -- --

Mg Mg O Mg O2 -- --

Ca Ca O Ca O2 -- --

Sr Sr O Sr O2 -- --

Ba Ba O Ba O2 -- --

9.3.2 Oksitlerin Asitlik ve Bazlığı:

Periyodik tabloyu dikkate alarak elementlerin oksitlerinin asitliği ve bazlığını karşılaştıra biliriz. Aynıperiyotta soldan sağa doğru oksitlerin asitliği artarken, bir grupta yukarıdan aşağıya doğru azalmaktadır.Bu eğilim, metalin yük / yarıçap oranı ve dolayısıyla metal-oksijen bağının kovalent karakteri ile uyumiçindedir.1. iyonik oksitlerde oksijen, iyon (O2-, O2

2- ya da O2-)

halindedir. Böyle oksitler suda çözündüğünde, oluşan iyonlarOH-'den daha kuvvetli baz olduklarından, sudan H+ alarakOH- oluştururlar.

-2 -

2

-2 - -

2 2 2

-2 - -

2 2 2 2

O + H O 2OH

O + H O HO + OH

2O + H O O HO + OH

tepkimelerinin bir sonucudur ki, oksijenin iyonik ikili bileşiklerinin sulu çözeltileri baziktir. Metal oksitleri genel anlamda iyonik oksitlerdir ve bu sebeple metal oksitlerin sulu çözeltileri baz özelliği gösterir.Na2O → Sodyum Oksit. Sulu çözeltisi: Na2O + H2O → 2NaOHK2O → Potasyum Oksit. Sulu çözeltisi: K2O + H2O → 2KOHLi2O → Lityum Oksit. Sulu çözeltisi: Li2O + H2O → 2LiOHMgO → Magnezyum Oksit. Sulu çözeltisi: MgO + 2H2O → Mg(OH)2

BeO → Berilyum Oksit. Sulu çözeltisi: BeO + H2O → Be(OH)2

BaO → Baryum Oksit. Sulu çözeltisi: BaO + H2O → Ba(OH)2

CaO → Kalsiyum Oksit. Sulu çözeltisi: CaO + H2O → Ca(OH)2

FeO → Demir (II) Oksit. Sulu çözeltisi: FeO + H2O → Fe(OH)2

Fe2O3 → Demir (III) Oksit. Sulu çözeltisi: Fe2O3 + 3H2O → 2Fe(OH)3

Bazik oksitler bazanhidritidirler. Diğer bir anlatımla, metal hidroksitlerden suyun uzaklaştırılması sonucu oluşurlar.

İyonik hidroksitlerde hidroksit grubu OH- şeklindedir. Suda çözündüğünde çözeltiye OH- iyonu verir.

2 2Ca(OH) CaO + H O

2H O 2+ -(aq) (aq)2Ca(OH) Ca + 2OH


2. Oksijenin kovalent ikili bileşiklerinin sulu çözeltileri genellikle asidiktir. Bu bileşikler sudan yalın çift alarak çözeltide H+ iyonu oluştururlar.

-+

2 2 2 3 3CO + H O H CO H + HCO

Ametal oksitleri genellikle kovalent karakterli oksitlerdir. Ametal oksitlerin sulu çözeltileri asit özelliği gösterir.• SO2 → Kükürt Di Oksit . Sulu çözeltisi: SO2 + H2O → H2SO3

• SO3 → Kükürt Tri Oksit. Sulu çözeltisi: SO3 + H2O → H2SO4

• CO2 → Karbon Di Oksit . Sulu çözeltisi: CO2 + H2O → H2CO3

NOT: A metallerin oksijence zayıf bileşiklerine nötr oksitler denir ve nötr oksitler su ile tepkimeye girmezler.• CO → Karbon Mono Oksit• NO → Azot Mono Oksit

Asit anhidriti olan asidik oksitler ise asitten suyun uzaklaştırılmasıyla elde edilir.

ISI

2 3 2 2H CO CO + H O


3. Metalin yükseltgenme basamağının yüksek olduğu bazı metalik oksitler de suya karşı asit olarakdavranır.B(OH)3 gibi kovalent karakterli hidroksitler (ki bunlar aynı zamanda bir oksiasittir) suya H+ iyonu verirler.

Genel olarak, bir iyonik hidroksitte M-O–H yapısından OH-, bir kovalent hidroksitte (oksiasitte) ise H+

ayrılır.

-+

2 7 2 4 4Mn O + H O 2HMnO H + MnO

H2O - +(aq) (aq)3 2B(OH) (OH) BO + H

Genel olarak, bir iyonik hidroksitte M-O–H yapısından OH-, bir kovalent hidroksitte (oksiasitte) ise H+

ayrılır.

4. Kompleks iyon oluşturma eğilimi olan çinko, alüminyum ve kalay gibi metallerin oksitleri amfoteriközellik gösterir. Aside karşı baz, baza karşı asit olarak davranırlar.

Örneğin, ZnO'nun amfoterik özelliği aşağıdaki tepkimelerden anlaşılır.

2 2

2--

4

ZnO + 2HC1 ZnCl + H O

ZnO + 4OH Zn(OH)


NOT: Kısaca oksitlerin asitlik ve bazlığını özetlemek istersek;

•Metal oksitleri genellikle iyonik karekterlidirler ve bazik oksitlerdir. Suda çözündüklerinde bazları

oluştururlar.

•Ametallerin oksitleri kovalent karekterlidirler. Suda çözündüklerinde genellikle asitleri oluşturlar.

•NO, N2O, CO ve OF2 oksitlerinin sulu çözeltileri nötraldir. Diğer tüm ametal oksitleri asidik özellik gösterir.

Ametal oksitler tek tek molekül halindedir ve uçucudurlar.

•Yarımetal oksitleri genellikle polimerik yapıya sahiptirler. Normal koşullarda katıdırlar.

•Bir geçiş metali çeşitli yükseltgenme basamaklarına sahiptir. Bu nedenle, bir metal birden fazla oksit

oluşturabilir. Geçiş metal oksitleri normal koşullarda katıdırlar ve genellikle suda çözünmezler. Düşük

yükseltgenme basamaklı oksitleri iyonik ya da polimerik yapıdadır. Yüksek yükseltgenme basamaklı oksitleri

kovalent ve moleküler yapıdadır.

•Örneğin; Vanadyumun VO, V2O3, VO2 ve V2O5 şeklinde dört oksidi bulunmaktadır. İlk ikisi bazik, VO2

amfoterik ve V2O5 ise asidik özellik gösterir.

•Örneğin; MnO iyonik, MnO2 polimerik ve Mn2O7 ise molekülerdir. Öte yandan, ilk oksit bazik, ikincisi

amfoterik ve sonuncusu asidiktir.

9.4. Ozonun molekül yapısı ile özellikleri ve kullanım alanları,

O3 molekülü açısal yapıda olup, rezonans yapıları şekildekigibidir. Ozonun gerçek yapısı, (I) ve (II) yapılarının eşit orandakatkı yaptığı bir melez yapıdır. Melez yapıda merkezi oksijeninformat yükü (+1), uçtaki oksijenlerinki ise (-1/2) dir.

Merkezi oksijenin pozitif format yüke sahip olmasının ozonun kararlılığını azaltacağı açıktır.Merkezi atom üzerindeki yalın çiftler nedeniyle ozonun bağ açısı 120°'den küçük olup 117° dir.Hibridleşme modeline göre merkezi oksijenin hibridleşmesi sp2, uçtaki oksijenlerinki ise sp2 vesp3 hibridleşmelerinin aritmetik ortalaması olan sp2,5 tir. Merkezi oksijen uçtaki oksijenlerdendaha elektronegatiftir. O-O bağları polardır ve O3 molekülü polar bir moleküldür.

Atmosferdeki ozonun oluşumu: Oksijenin allotropu olan O3, atmosferin üst tabakalarındaO2'den oluşur. Doğada güneşin UV ışınları veya yıldırımlar vasıtasıyla medyana gelir. Ozon 200-360 nm dalga boyu aralığındaki ultraviyole (morötesi) ışınları soğurur. Böylelikle atmosferinüzerinde koruyucu bir örtü işlevini görür. Yüksek enerjili elektromagnetik ışınlarınzararlarından yeryüzünü korur. Ozon tarafından ultraviyole ışınlarının soğurulması,O2

bozunmasına neden (O3 oluşumu) olur.Ozon tabakası atmosferin yaklaşık 20-40 km arasındaki stratosfer tabakasında yoğun olarakbulunur. Bu tabaka güneşten gelen zararlı ultraviyole ışınlarının (UV-B) dünyaya ulaşmasınıönler. UV-B ışınları bütün yaşayan organizmalar üzerinde zararlı etkilere sahiptir; bitkilerinbüyüme hızını azaltır, insanlarda cilt kanserine sebep olur, göze zarar verir, enfekte hastalıklara(sıtma vb.) gibi yakalanma riskini artırır.

hv -1

2

-1

2 3

O 2O H° = 494 kJ mo1

O +O O H° = - 104.5 kJmo1

9.5. Atmosferdeki ozonun oluşumu ve çevre açısından önemi,

Ozon tabakasının incelmesine neden olan maddeler ;Başta aerosellerde itici olarak kullanılan floroklorohidrokarbonlar (CCl2F2) ve yüksekte uçanuçaklardan oluşan azot oksitler, ozon tabakasının bozulmasında katalizör olarak roloynamaktadır . Laboratuar çalışmalarından elde edilen bulgular, azot oksitler vefloroklorohidrokarbonların aşağıda verilen mekanizmalara göre ozonu O2 ye dönüştürdükleriniortaya koymaktadır.


2 3 3 2

3 2

3 2 2

NO2

3 2

NO +O NO +O

NO NO+O

NO+O NO +O

2O 3O

3 2

2

Cl

3 2

Cl+O ClO+O

ClO+O Cl+O

O +O 2O

Bu maddelerin teknik isimleri : •kloroflorokarbonlar (CFC)•halonlar•metil kloroform•karbon tetraklorid•hidrobromoflorokarbonlar (HBFC)•hidrokloroflorokarbonlar (HCFC)•metilbromid

Ozonun çevre açısından önemi:Atmosferde ozon derişimin çok küçük olduğubölgeler, ozon tabakasındaki delikler olarakadlandırılır. Bu bölgelerde zararlı olan ultraviyoleışınları rahatlıkla yeryüzüne ulaşmaktadır.


Ozon tükenmesinin bir sonucu olarak dünyaya erişen ek UV-B radyasyon,•En basit tek hücreli hayvanlardan, böceklere, balıklara, kuşlara ve memeli hayvanlara kadarinsanlar da dahil bütün canlılar üzerinde zararlı etkilere sahip olabilir.•Özellikle insanlarda cilt kanserine sebep olabilir.•Bitkilerin büyüme ve gelişme süreçlerini etkileye bilir.•Suda yaşayan canlıların yapısını değiştire bilir.•Havada oluşa bilecek kimyasal tepkimeleri hızlandırarak hava kirliliğine sebep olabilir.

9.6. Kükürtün molekül yapısı allotropları ve özellikleri:

Periyodik cetvelin 6A grubunda bulunan, Atom numarası 16, Atom ağırlığı 32.064 ile -2,+4, +6 arasındaki değerlikleri alabilen bir elemendir. Oksijensiz bileşiklerinde kararlıolup, daima -2 değerliklidir. Reaksiyon verme kabiliyeti oldukça iyi olup soy gazlar hariçdiğer elementlerin hepsi ile reaksiyon verir. Kütle numarası 29 ile 38 arasında oluşan 9izotopu vardır. Tabiatta bulunan kükürdün tamamı %95 S ve -32 kararlı izotop‘dur.

Diğer elementler içinde kükürt en fazla allotropa sahiptir. Kükürdün, katı halde en çokbilinen allotropu S8 halkasıdır.

Uygun koşullar altında kükürt buharında S, S2, S4, S6 ve S8 yapılarının hepsi debulunabilir. Kükürt atomlarının uzun zincirli molekülleri sıvı


Oda sıcaklığında kararlı bir katı olan rombik kükürt (Sα), halkalı S8 moleküllerindenoluşmuştur. 95,5 °C de rombik kükürt (Sα) monoklün kükürde (Sβ) dönüşür.Monoklinik kükürt de S8 moleküllerinden oluşmuştur. Ancak, Sα dan daha farklı bir kristalyapıya sahiptir. 119 °C de Sβ eriyerek, saman renkli ve akışkan olan sıvı kükürde (Sλ)dönüşür. Sλ içeriğinde, çoğunluğu S8 molekülleri olmak üzere, 6 dan 20 ye kadar farklısayıda S atomlarının oluştuğu diğer halkalı yapılar da bulunur.160 °C de, halkalı moleküller açılarak tekrar uç uca bağlanır ve uzun sarmal zincirlimolekülleri oluşturarak, koyu renkli ve viskoz olan sıvı kükürtü (Sµ) meydana getirir.Zincir uzunluğu ve viskozite 180 °C civarında en yüksek değere ulaşır. Daha yükseksıcaklıklarda zincirler kırılır ve viskozite düşer.445 °C de sıvı kaynar ve kükürt buharını oluşturur. Kaynama noktasında kükürt bubarındaS8 molekülleri vardır. Ancak, daha yüksek sıcaklıklarda daha küçük moleküllere parçalanır.Eğer sıvı Sµ, soğuk su içine dökülürse plastik kükürt oluşur. Plastik kükürt, uzun sarmalzincir molekülleri içerir ve kauçuk benzeri özelliklere sahiptir. Bekletilen plastik kükürtkırılgan hale gelir ve rombik kükürde dönüşür.

0 0 0 0 0 095,5 C 119 C 160 C 445 C 1000 2000

8( ) 6( ) 4( ) 4( ) ( )S C C

g g g g gS S S S S S S S


Kükürtün bazı makroskopik şekilleri: (a) Rombik kükürt. (b) Monoklinkükürt (c) Solda, henüz eritilerek portakal renkli bir sıvı oluşturmuş olan monoklin kükürt. Sağda, daha fazla ısıtmayla elde edilmiş olan kırmızı ve daha viskoz sıvı. (d) Plastik kükürt oluşturmak için su içine

dökülmüş sıvı kükürt.

9.6. Kükür üretimi ve kullanım alanları,

Kükürt, kütlece % 0,0384 oranıylayerkabuğunda bulunma bakımındanonaltıncı sırada yer alır. Kükürt, doğadaelementel kükürt, sülfür ve sülfatmineralleri şeklinde, doğal gazda H2S ,petrol ve kömürde ise organokükürtbileşikleri olarak bulunur.Kükürt Frasch yöntemi denenalışılmadık bir yöntemle elde edilir. Buişlemde, aşırı ısıtılmış su (yaklaşık 160 °Cve 16 atm) yeraltı kükürt yatağınaindirilmiş olan ve iç içe geçmiş üçborudan oluşan sistemdeki en dıştakiboru ile ikinci boru aralığındanpompalanır. Bu sırada kükürt eriyerekbir sıvı göl oluşturur. Sonra en içtekiborudan aşağı doğru sıcak hava (20-25atm de) basılır ve sıvı kükürt su karışımıaynı boru sistemiyle yukarı çıkarılır.


Frasch yöntemi bir zamanlar elementel kükürt eldesinin ana kaynağı olduğu halde şimdi çoktakullanılmamaktadır. Bu değişikliğin nedeni endüstriyel çalışmalardan çevreye yayılan kükürdünkontrol edilme isteğinden kaynaklanır. Bu sebeple günümüzde değişik yöntemlerle kükürt eldeedilmektedir.H2S, petrol ve doğal gazın bir safsızlığıdır. H2S gaz akımı iki kısma ayrılır ve bir alaşımı (gaz

akımının yaklaşık üçte biri) yakılarak SO2 e dönüştürülür. Sonra bu iki gaz akımı, 200-300 °C dekikatalitik bir dönüştürücüde (konvertör) yeniden karıştırılarak aşağıdaki tepkime gereği S eldeedilir

2 (g) 2(g) (g) 2 (g)2 H S + SO 3S + 2H O

Maden kömürlerinin destinasyonu esnasında elde edilen H2S, oksijen ile reaksiyona sokulur veelementel kükürt doğrudan elde edilebilir.

2 2 22H S + O 2H O + 2S

Pirit (FeS2 ) de önemli bir kükürt kaynağıdır. Piritten elde edilen kükürt dioksit(SO2) H2S ilereaksiyona sokularak serbest kükürt elde edilir.

2 (g) 2(g) (g) 2 (g)2 H S + SO 3S + 2H O

Kükürt dioksit, karbon mono oksitle tepkimesinden kükürt elde edilir.

2 2SO + 2CO S + 2CO


Kükürtün kullanım alanları;Üretilen bütün kükürdün yaldaşık %90 ı, SO2(g) oluşturmak için yakılır ve elde edilen SO2(g)

nin çoğu sülfürik aside, H2SO4, dönüştürülür.

Elementel kükürdün de birkaç kullanım alanı vardır. Bunlardan biri kauçuğun vulkanizeedilmesi ve diğeri de, örneğin üzüm asmalarının küllenme hastalığına karşı, bir fungisit (küföldürücü) olarak kullanılmasıdır.

9.7. Başlıca kükürt bileşiklerinin üretimi ve kullanımı çevre kirliliği ile ilişkileri, Kükürdün Oksitleri, Oksiasitleri ve Oksianyonları

Kükürt Dioksit (SO2 )Kükürt dioksit renksiz ve boğucu kokusu olan bir gazdır. Erime ve kaynamasıcaklıkları sırayla -75 oC ve -10 oC ’dur. Katı hâlde beyaz kristaller hâlindebulunur. O=S=O molekülünün bağ açısı 119,5 oC ve bağ uzunluğu 143pmm’dir. Suyun içinde 20 oC deçözünürlüğü, ağırlıkça % 10’dur ve zayıf asittir. Havada bulunan SO2

yağmur su partikülleri ile tepkimeye girerek asit meydana getirmekte veyağmurlarla birleşerek yeryüzüne asit yağmurları olarak inmektedir. Bu dadoğaya ve yer altı sularına zarar vermektedir.

Kükürdün bir düzineden fazla oksidi varsa da, en çok karşılaşılanlar kükürt dioksit, SO2, vekükürt trioksittir, SO3.

Kükürt Dioksit (SO2 )in Eldesi:SO2 gazının üretilmesindeki ticari yöntemlerin başında kükürtün doğrudan yakılması ve metalsülfürlerin "kavrulması" gelmektedir.

(k) 2(g) 2(g)

(k) 2(g) (k) 2(g)

2 2 2 3 2(g)

S + O SO

2ZnS + 3O 2ZnO + 2SO

2 FeS + 11 2 O Fe O + 4SO

Ayrıca, Müler-Kühne yöntemi ile; CaSO4

kömür ile 700-1200 oC tepkimesiyle SO2 eldeedilir.


Kükürt Trioksit (SO3):Kükürt trioksit, atmosfer basıncı altında ve oda sıcaklığında renksiz bir sıvıdır. Havada sis yapar. Ergime ve kaynama sıcaklıkları sırasıyla 16.8 oC ve 44.8 oC’dir. Katı hâlde iken eser miktarda su veya sülfürik asit ile polimerleşir. SO2 bileşiğinin başlıca kullanım alanı, H2SO4

eldesi için gerekli olan SO3 bileşiğinin eldesidir.

Kükürt Trioksit (SO3) Eldesi:Kontak yöntemi:Kontak yöntemi denen çağdaş yöntemde, önce SO2(g) elde edilir. Sonra SO2(g) ekzotermik vetersinir bir tepkime olan (1) tepkimesiyle kükürt triokside dönüştürülür. Bu tepkimeyöntemin kilit basamağı olup katalizör kullanılmazsa çok yavaş yürür. En önemli katalizöralkali metal sülfatlarıyla karıştırılmış V2O5 dir. SO3 suyla birleşerek H2SO4 oluşturur(2).

2(g) 2(g) 3(g) 2 SO +O 2SO + 98.3kJ

3(g) 2 (s) 2 4(s)SO H O H SO


Kontak yöntemi:Kontak yöntemi denen çağdaş yöntemde, önce SO2(g) elde edilir. Sonra SO2(g) ekzotermik vetersinir bir tepkime olan tepkimesiyle kükürt triokside dönüştürülür. Bu tepkime yönteminkilit basamağı olup katalizör kullanılmazsa çok yavaş yürür. En önemli katalizör alkali metalsülfatlarıyla karıştırılmış V2O5 dir. SO3 suyla birleşerek H2SO4 oluşturur.Fakat SO3(g) ve suyun doğrudan tepkimesi H2SO4(aq) damlacıklarından ibaret ince bir sis verir.Sis oluşumu önemli ölçüde ürün kaybına ve kirlilik sorunlarına neden olur. Bundankaçınmak için, SO3(g), seramik parçalarıyla doldurulmuş kulelerde, %98 lik H2SO4 içinegönderilir. SO3(g), hemen sülfürik asit içinde çözünür ve sülfürik asit derişimini arttırmak içinortamda bulunan az miktardaki suyla tepkimeye girer. Sonuçta, bazen oleum denen, fakat,genel olarak dumanlı sülfürik asit adı verilen sülfürik asit elde edilir. Yeni ürünün H2SO4

yüzdesi bir anlamda %100 den daha büyüktür. Gerekli derişimi sağlamak için kulededevreden aside yeterli miktarda su katılır. Daha sonra suyla seyreltilerek istenen derişimdesülfürik asit elde edilir. Oleum için H2S2O7 (disülfürik asit) formülünü kullanırsak, söz konusutepkimeleri aşağıdaki gibi yazabiliriz.

2

3(g) 2 4(s) 2 2 7(s)

2 2 7(s) 2 (s) 2 4(s)

H O

2 4(s) 2 4(aq)

SO H SO H S O

H S O H O H SO

H SO H SO

Kükürt Trioksit (SO3) Eldesi:


Sülfürik Asit ( H2SO4 ):Oda sıcaklığında renksiz bir sıvıdır. Havada sis yapar. Ergime ve kaynama sıcaklıkları sırasıyla 16.8 oC ve 44,8 oC’dir. Çoğunlukla sülfürik asit sentezinde ara ürün olarak kullanılır. Nem çekme özelliği vardır. Türkiye’de ihtiyacı karşılayacak kadar H2SO4 üretilmektedir.

Sülfürik Asit ( H2SO4 ) Eldesi:Sülfirik asit kontak yöntemi dışında (%98) Kurşun Odalar Yöntemi ile de (%78) , 1746 yılından üretilmektedir.

2

3(g) 2 4(s) 2 2 7(s)

2 2 7(s) 2 (s) 2 4(s)

H O

2 4(s) 2 4(aq)

SO H SO H S O

H S O H O H SO

H SO H SO

2 2

2 2

2 2 2 2 4

S + O SO

2NO + O 2NO

NO + SO + H O H SO + NO

Kontak Yöntemi Kurşun odalar yöntemi


Sülfürik Asit ( H2SO4 )in Kimyasal Özelllikleri; Sülfürik asitin birçok amaç için kullanımına devam edilmekle birlikte, büyük bir çoğunluğugübre üretiminde kullanılmaktadır. Ayrıca, çeşitli metalürji süreçlerinde, sıvı yağlarınsaflaştırılmasında, beyaz titan dioksit pigmentinin üretiminde ve otomobil akülerinde olduğugibi başka yüzlerce kullanım alanı vardır. Sonuç olarak sülfürik asit eski ekonominin işleyen birçarkıydı diyebiliriz.Seyreltik sülfürik asit, H2SO4(aq), bazların nötürleştirilmesi, metallerin H2(g) çıkararak çözülmesive CO2(g) açığa çıkararak karbonatların çözülmesi gibi, kuvvetli bir mineral asidin bütün yaygıntepkimelerini verir.Derişik sülfürik asit bazı ayırt edici özelliklere sahiptir.•Suya karşı büyük bir ilgisi vardır. Bazı bileşiklerden H ve O atomlarını (H2O daki oranlarda) bileuzaklaştırabilecek derecede kuvvetlidir. Derişik sülfürik asidin çay şekeri (sakkaroz) gibi birkarbonhidrat ile verdiği tepkimede bütün H ve O atomları uzaklaşır ve geride saf karbondanibaret bir artık kalır. (Şekil a ve b)

2 4H SO

12 22 11(k) (k) 2 (s)C H O 12 C + 11H O

2-2+(aq) (aq) (k) 2 4(derişik) 4 2 (s) 2(g)Cu +2H SO Cu +SO +2H O +SO

Derişik sülfürik asit, orta kuvvette, iyi bir yükseltgendir. Örneğin, metalik bakırı yükseltgeyerek çözebilir.


Sülfüroz asiti (H2SO3(aq)):SO2(g) suyla etkileştiği zaman sülfüröz asit, H2SO3(aq), oluşur, fakat bu asit, hiç bir zaman saf olarak elde edilemez. Sülfüröz asit ve tuzları (sülfitler) iyi birer indirgendir ve O2(g) tarafından kolayca yükseltgenir.

2(g) 2 (s) 2 3SO + H O H SO 2- 2-(aq) (aq)2(g) 3 4O + 2SO 2SO

NOT:H2SO3 ve H2SO4 in her ikisi de iki değerli asitlerdir. Bunlar iki basamakta iyoltaşırlar ve heriyonlaşma basamağı için bir tane olmak üzere, iki tür tuz oluştururlar. NaHSO3 ve NaHSO4

gibi tuzlara, anyonları iyonlaşarak proton verebildiğinden, asit tuzlar adı verilir. H2SO3 her ikiiyonlaşma basamağında da zayıf asit olduğu halde, H2SO4 in asitliği birinci iyonlaşmabasamağında kuvvetli, ikinci iyonlaşma basamağında biraz zayıftır. Bununla birlikte, bir H2SO4

çözeltisi yeter derecede seyrettik ise (aşağı yukarı 0,001 M dan küçük), her iki iyonlaşmabasamağı da tamamlanmış kabul edebiliriz.


Kükürtün Oksianyonları:Kükürtün sülfit ve sülfat iyonları en çok bilinenkökleridir. Formülleri yan tarafta gösterilmiştir.Sülfit ve sülfat iyonlarına ek olarak diğer önemli birkükürt-oksijen iyonu tiyosülfat iyonudur(S2O3

2- ).("tiyo" ön eki bir bileşikteki bir oksijen atomunun bir Satomuyla yer değiştirdiğini belirtir.) Böylece tiyosülfatiyonu, bir O atomunun bir S atomu ile yer değiştirdiğibir sülfat iyonu, SO4

2-, olarak dönüşülebilir.) S2O32-

deki S ün format yükseltgenme basamağı, +2 ise de ikikükürt atomunun eşdeğer olmadığı görülebilir.Merkez S atomunun yükseltgenme basamağı +6, uç Satomunun -2 dir.

Tiyo sülfata benzer şekilde diğer bazı tiyo anyonlarının yapıları da Şekil de gösterilmiştir.Tiyosülfatlar, bazik bir sodyum sülfit çözeltisine elementel kükürt karıştınp kaynatılarak eldeedilebilirler. Burada elementel kükürt yükseltgenirken sülfit iyonu indirgenir ve tiyosülfatiyonu verir. 2- 2-

(aq) (aq)3 (k) 2 3 SO S S O


Başlıca Kükürt Bileşiklerinin Kullanım Alanları:Kükürt (S)Siyah barutun ve pillerin temel bileşenlerinden biri olan kükürt, mantar öldürücü kimyasalların(fungusitlerin) ve doğal kauçuğun yapımında kullanılır. Fosfat içerikli gübrelerin bileşimine dekatılan kükürtün, ticarî açıdan en fazla değer taşıyan bileşiği sülfürik asittir.Sülfit kağıdı başta olmak üzere çeşitli kağıtların yapımında, buharla dezenfekte işlemlerinde vekurutulmuş meyvelerin ağartılmasında kullanılır.Yağların, vücut sıvılarının ve iskelet için gerekli minerallerin yapısında yer alması nedeniyle de,yaşamsal önem taşır.Hidrojen Sülfür (H2S)Deri sanayinde kılları sıyırmak amacı ile kullanılır. Boya sanayinde, cevher zenginleştirmede,kükürdün organik bileşiklerinin sentezinde kullanılır.Karbon Disülfür (CS2)İlaç sanayinde, bitki korumada, korozyon önlemede, cevher zenginleştirmede, Lastiksanayinde kullanılır.Kükürt Dioksit (SO2)Tekstil ve gıda sanayilerinde, ağartıcı ve küf oluşumunu önleyici olarak kullanılır(Kuru Meyveleri). Şarap üretiminde Fermantasyon sırasında katkı maddesi olarak eklenir.Kâğıt sanayinde kullanılır.


Sülfürik Asit (H2SO4)Gübre yapımında, Boya Sanayinde, Tekstil, Deterjan, Alkol, Patlayıcı, PetrolRafinelerinde, nem çekme özelliği vardır.Sodyum Sülfat (Na2SO4)Cam sanayinde, kâğıt, sabun, gübre, kimyasal madde üretiminde, yapay ipekyapımında kullanılır.Bakır Sülfat (CuSO4)Elektroliz işlemlerinde elektrolit, mikrop ve bakteri öldürücü olarak suların temizlenmesinde kullanılır.Demir -II Sülfat (FeSO4)Tekstil endüstrisinde astar boya olarak, mavi mürekkep yapımında, tarımdaistenmeyen otların yok edilmesinde kullanılır.Potasyum Sülfat (K2SO4)Potasyum sülfat, gübre olarak fazla miktarda kullanılır. Klora duyarlı olan tütün, ıspanak, patates, domates, fasulye gibi bitkilerde potasyum gübresi olarak K2SO4 kullanılır.


Bir Çevre Sorunu: SO2 YayılmasıEndüstride oluşan dumanlı sisler başlıca katı tanecikler (kül ve duman), SO2(g) ve H2SO4 sisininkarışımından ibarettir. Çeşitli endüstriyel işlemler önemli miktarda SO2(g) oluştururlar. Bununlabirlikte, atmosfere SO2(g) salan ana kaynaklar kömür ya da kükürt yüzdesi fazla akar yakıtkullanan büyük santrallerdir. Atmosfere sanılan SO2, havadaki toz zerrelerinin yüzeylerindekatalizlenerek ya da NO2 ile tepkime vererek SO3 e yükseltgenebilir.

Sonra SO3, asit yağmurunun bir bileşimi olan H2SO4 sisini oluşturmak üzere, atmosferdeki subuhar' ile etkileşebilir. Aynı zamanda, H2SO4 in havada bulunan NH3 ile verdiği tepkime,(NH4)2SO4 katı taneciklerini oluşturur. Vücut üzerine düşük derişimli SO2 ve H2SO4 in etkisininayrıntıları henüz bilinmemektedir. Bu maddelerin solunum yollarını tahriş eden maddelerolduğu açıktır. 0,10 ppm üstündeki düzeylerin zararlı olduğu kabul edilmektedir.Endüstriyel duman ve asit yağmurunun kontrolü, yakıtlardan kükürdün uzaklaştırılmasına veSO2(g) yayılmasının kontrolüne bağlıdır. SO2in hava gazlarından uzaklaştırılması için düzinelerceyöntem önerilmiştir.

2(g) 2(g) 3(g) (g)SO + NO SO + NO

10.BÖLÜM


10.1. Halojenlerin başlıca doğal

bileşikleri, ad ve formülleri,

10.1. Halojenlerin baslıca doğal bileşiklerinin ad ve

formüllerini esleştirir.

10.2. Halojenlerin elde ediliş

yöntemleri ve kullanım alanları,

10.2. Halojenlerin elde ediliş yöntemlerini ve kullanım

alanlarını açıklar.

10.3. Önemli halojen bileşiklerinin

özellikleri ile kullanım alanları

10.3. Önemli halojen bileşiklerinin özellikleri ile

kullanım alanları arasında ilişki kurar.

Halojenler çok aktif elementler olduklarından doğada sadecebileşikler halinde bulunurlar.Doğadaki bollukları; flor, klor, brom ve iyot sırasına göre azalır.Florun en önemli kaynağı florit (CaF2) tir.Fluorit; CaF2 bileşiminde, saydam veya yarı saydam olan, sarı,yeşil, mavi, mor, kırmızı veya renksiz olabilen bir mineraldir.Doğada en fazla renk çeşitliliğine sahip minerallerden birisidir.Yoğunluğu 3,2 g/cm³, sertliği ise Mohs sertlik cetveline göre 4'tür.Kristal yapısı genelde kübik olmakla beraber oktahedral yapılarada rastlanmaktadır. Flor için en önemli kaynak olan CaF2 suda çokaz çözündüğünden tortul kayalarda bulunur.

10.1. Halojenlerin başlıca doğal bileşikleri, ad ve formülleri,

Diğer kaynakları ise Na3AlF6 (kriyolit) ve Ca5(PO4)3F (apetit) dir.Apatit kristalde bulunan OH- ve F- , veya Cl- iyonlarının görece oranlarına göre adlandırılanhidroksiapatit, floroapatit ve kloroapatit gibi fosfat mineraller grubudur. Bu minerallerinformülleri; Ca5(PO4)3(OH), Ca5(PO4)3F and Ca5(PO4)3Cl şeklindedir.iyot, metal nitratlar içinde KIO3 şeklinde bulunur. Klor ve bromun en önemli kaynağı denizsuyudur. Bu elementler deniz suyunda halojenürler halinde bulunur. Halojenlerin son elementiolan astatin radyoaktiftir.Astatin 1940 yılında Carson ve Mackenzie tarafından 209Bi'nin α-parçacıkları ile bombardımanedilmesiyle elde edilmiştir: 4 209 211 1

2 83 85 0He + Bi At +2 n

Flor Eldesi:Florun varlığı 19. yüzyılın başından beri bilinmekle birlikte, hiç kimse elementel floru,bileşenlerinden eldesi için kimyasal bir tepkime önermemiştir. H. Moissan 1886 yılında F2(g)

gazını elektrolizle elde etmeyi başardı. Günümüzde bile en önemli ticari yöntem olanMoissan yönteminde, sıvı KHF2 içinde çözülen HF elektroliz edilir.

10.2.1. Halojenlerin elde ediliş yöntemleri ,

- -

2(g)

+

2(g)

elektroliz

2(g) 2(g)KF,2HF(s)

Anot: 2 F F +2 e

Katot: 2H 2e H

2HF H + F

Klor Eldesi:Klor, sanayide NaCl(aq) çözeltisinin elektrolizi ile elde edilir. Kimi zaman da erimiş sodyum klorürden elde edilir.

- -(aq) (aq) 2 2(g) 2(g)2C1 + 2 H O 2OH +H +Cl

http://tr.wikipedia.org/wiki/Dosya:Chlorine-sample.jpg

Brom Eldesi:Brom deniz suyundan ya da iç deniz ve göllerin tuzlu sularından elde edilir. Deniz suyundayaklaşık 70 ppm Br- iyonu vardır. pH=3,5 değerine ayarlanan deniz suyuna ya da tuzlu suyaCl2(g) gönderilerek, ortamdaki Br- iyonunun elementel broma (Br2) yükseltgenmesi sağlanır.

10.2.1. Halojenlerin elde ediliş yöntemleri ,

- -(aq) (aq)2(g) 2(g) pilCl +2Br Br +2Cl E =0,293 V

Açığa çıkan Br2, deniz suyundan hava akımıyla ya da tuzlu sudan buharla "süpürülerek" alınır.Böylece elde edilen seyreltik brom buharı çeşitli yöntemlerle deriştirilir.

İyot Eldesi:Deniz yosunu gibi bazı deniz bitkileri Cl- ve Br- yanında iyodürü (I-) seçimli bir şekildeabsorplar ve biriktirir. Az miktarda iyot bu tür bileşiklerden elde edilir.İyodun bol bulunduğu diğer bir kaynak NaIO3 tir ve Şili'de geniş yataklar halinde bulunur.

IO3-, sodyum bisülfit ile I- iyonuna indirgenir. İkinci basamakta ise IO3

- ile I- tepkimeye girerekI2 elde edilir.

- - 2-- +(aq) (aq) (aq) (aq) (aq)3 3 4

-- +(aq) (aq) (aq)3 2(k) 2 (s)

IO + 3HSO I + 3SO + 3H

5I + IO + 6 H 3I +3 H O

Flor elementi:•Politetrafloretilen (Teflon) eldesinde•Klorflorkarbonların (CFC) (soğutucu) elde edilmesinde kullanılır. (Ancak, bir çok ülkede ozon tabakasına zarar vermesi nedeniyle ClFC üretimi yasaklanmıştır.)•Şimdilerde ise flor, CFC lara seçenek olarak çevreyle daha dost hidroklorflorkarbonlann(HClFC) üretiminde kullanıl maktadır.

Klor elementi;•Etilen diklorür (CH2ClCH2Cl) ve vinil klorür (CH2 = CHCl, polivinil klorür (PVC) monomeri) gibi klorlanmış organik bileşiklerin üretimi (% 70), •Kağıt ve tekstil endüstrilerinde ağartıcı olarak, yüzme havuzlarının, şehir sularının ve atık sularının temizlenip dezenfekte edilmesi (%20), •Klor içeren anorganik bileşiklerin üretimi (% 10).

10.2. Halojenlerin kullanım alanları,

Brom elementi;Brom, brom içeren organik bileşiklerin elde edilmesinde kullanılır.Bunların bazıları; yangın söndürücü ve böcek ilacıdır.Diğer yaygın bir kullanım alanı boya ve ilaç sanayiidir.Önemli bir anorganik brom bileşiği AgBr dür ve ışığa duyarlı olduğundan fotoğrafçılıktakullanılır.

İyot elementi;İyot ve bileşikleri katalizör olarak, tıpta ve fotoğrafla ilgili emülsiyonların (AgI olarak)hazırlanmasında kullanılmakla birlikte, klordan çok daha az ticari öneme sahiptir.

10.2. Halojenlerin kullanım alanları,

Hidrojen Halojenürler (HF,HCl,HBr,HI);Hidrojen halojenürlerin sulu çözeltilerine hidrohalik asitler denir.Hidroflorik asit dışında diğer hidrohalik asitlerin hepsi kuvvetli asitlerdir.HF ün iyi bilinen bir özelliği, camı aşındırma (ve sonunda çözme) yeteneğine sahipolmasıdır. Bu tepkimede cam, silisyum dioksit, SiO2, olarak düşünülebilir.

10.3. Önemli halojen bileşikleri, özellikleri ve kullanım alanları,

2(k) (aq) 2 (s) 4(g)SiO + 4HF 2H O +SiF

tepkimesinden dolayı HF cam kaplarda değil, teflon ya da polietilenle kaplanmış özelkaplarda saklanır.

10.3. Önemli halojen bileşikleri, özellikleri ve kullanım alanları,

Hidrohalik asitlerin eldesi:Bir halojenür tuzu (florit gibi, CaF2), derişik H2SO4(aq) gibi uçucu olmayan bir asitle ısıtıldığızaman, bir sülfat tuzu ile uçucu hidrojen halojenür oluşur.

2(k) 2 4(der. aq) 4(k) (g)CaF + H SO CaSO + 2HF

Bu yöntemle HCl(g) de elde edilebilir. Ancak HBr(g) ve HI(g) elde edilemez. Bunun nedeni,derişik H2SO4(aq) in Br- ü elementel broma (Br2) ve I- ü elementel iyoda (I2) yükseltgemesidir.Ayrıca, bütün hidrojen halojenürler, elementlerin doğrudan birleştirilmesiyle eldeedilebilirler.

2(g) 2(g) (g)H + X 2HX

H2(g) ile F2(g) un verdiği tepkime bazı koşullarda patlayarak oluşur. Ayrıca H2(g) ile Cl2(g) unverdiği tepkime de ışıkta hızlı bir şekilde (patlayarak) yürür. Bununla birlikte, önemlimiktarda HCl ticari olarak bu şekilde elde edilir. Br2 ve I2 un H2 ile verdiği tepkimeleryavaştır ve bir katalizör ister.

Hidrohalik asitlerin özellikleri:

Çizelgede verilerden anlaşılacağı gibi HF, HCl ve HBr ün standartoluşum serbest enerjilerinin büyük ve negatif olması bizetepkimesinin tersinin olmayacağını gösterir.Diğer taraftan HI(g) ün ΔG0 i küçük ve pozitiftir. Bu durum odasıcaklığında bile HI(g) ün elementlerine bir dereceye kadarayrışacağı anlaşılır.

Bununla birlikte, eşik enerjisi büyük olduğundan, ayrışma tepkimesi ve bir katalizörkullanılmaması durumunda oldukça yavaş yürür. Sonuç olarak, HI(g) oda sıcaklığında kararlı birbileşiktir. HI(g) ün oda sıcaklığında bozunması kinetik kontrollü (termodinamik kontrollü değil)bir tepkimedir.Aynı grupta yukardan aşağıya doğru gidildikçe hidrohalik asitlerin asit kuvvetleri azalır.

Halojenlerin oksitleri:

Halojenlerin oksijen ile oluşturduğu birçok ikili bileşiği bilinmektedir. Fakat bunların çoğukararsızdır ve laboratuarda yaygın olarak kullanılmazlar. Oksijen diflorür (OF2), flor ve oksijenin enkararlı ikili bileşiğidir ve F2 gazının seyreltik hidroksit çözeltisinden geçirilmesiyle hazırlanır.

Büyük ölçekte üretilen tek halojen oksit, klor dioksittir. Buamaçla kullanılan tepkime, CIO3

- nin HCI ya da SO2 ileindirgenmesidir

- -

2 2 22F + 2OH OF + 2F + H O

- - +

3 2 2 2

- 2-

3 2 2 4

2CIO + 2C1 + 4H 2ClO + C1 + 2H O

2C1O + SO 2C1O + SO

Diklor oksit, Na2CO3 ile Cl2'nin etkileşmesinden elde edilir.

2- - -

3 2 2 2 32CO + 2C1 + H O Cl O + 2HCO + 2C1

Diklor heptaoksit (Cl2O7), perklorik asidin (HCIO4) anhidritidir ve asidin dehidrasyonu ile (suyunuzaklaştırılmasıyla) elde edilir.

4 4 10 2 7 3 412HC1O + P O 6C1 O + 4H PO

Cl2O7, ClO2 ve Cl2O'dan daha kararlıdır. Fakat oldukça tepkindir. Bromun en iyi bilinen iki oksidi dibrom oksit (Br2O) ve brom dioksit (BrO2) tir. İyodun en kararlı oksidi, diiyot pentaoksit (I2O5) tir. İyodik asidin (HIO3) ısısal dehidrasyonundanelde edilir. 200 0C

3 2 5 22HIO I O +H O

Halojenlerin oksiasitleri ve yükseltgenme basamakları:

Oksiasitler:H-O-Z şeklindeki asitlerdir.Buradaki Z ninelektronegatifliği O2 'ye göre düşükse asit değil bazolur.n=0 →asit çok zayıftır. Örneğin; HOCI,HOBr,HOIn=1 →asit zayıftır.Örneğin;HOCIOn=2 →asit orta kuvvetlidir.Örneğin;HOCIO2

n=3 →asit kuvvetlidir. Örneğin;HOCIO3,HOIO3

YB KLOR BROM İYOT

+1 HOCl HOBr HOI

+3 HOCl2 -- --

+5 HOCl3 HOBr3 HOI3

+7 HOCl4 HOBr4 HOI4

Klor, oksiasitlerin tam bir serisini olşturduğu halde brom ve iyot oluşturmaz. Saf olarakyalnızca bir kaç oksiasit (HClO4, HIO3, HIO4, H5IO6) elde edilebilir. Geri kalanı ancak suluçözeltide kararlı halde bulunur.En elektronegatif element olan flor, bileşiklerinde -1 yükseltgenme basamağına sahiptir. Diğerhalojenler, oksijen gibi daha elektronegatif bir elemente bağlandığı zaman, birkaç pozitifyükseltgenme basamağından (+1, +3, +5 ve +7) herhangi birine sahip olabilir.

Halojenlerin oksianyonları:

Halojenlerin XO-, XO2-, XO3

- ve XO4- şeklindeformüllendirilen oksoanyonları bulunmaktadır. Floruntek oksoanyonu FO- dir. Diğer halojenlerin yukarıdakiformüllere sahip oksoanyonları bilinmektedir.Klordioksit, kağıt ve iplikler için önemli bir ağartıcıdır.Kanalizasyon ve içme sularının dezenfeksiyonunda dakullanılır.

2- -(aq) (aq)2(g) 2 2 2(g)2 C1O + O 2ClO +O

Klordioksit, kağıt ve iplikler için önemli bir ağartıcıdır. Kanalizasyon ve içme sularınındezenfeksiyonunda da kullanılır. Klordioksit, sulu çözeltilerinde peroksit iyonuylaindirgendiğinde klorit tuzlan oluşur.

Kloratlar iyi birer yükseltgendirler. Ayrıca katı kloratlar O2 gazı oluşturarak bozunduklarından,kibrit ve donanma fişeği yapımında kullanılırlar. Laboratuvarda O2(g) elde etmek için KClO3(k),

MnO2(k) katalizörlüğünde ısıtılır.

-- -(aq) (aq) (aq) 2(g) 3 2 (s)3C1 + 6OH 5Cl + ClO + 3H O

3(k) (k) 2(g)MnO22KClO KCl + 3O

Benzer bir tepkime uçaklarda ve denizaltılarda, acil oksijen ihtiyacım karşılamak için kullanılır. Perklorat tuzları, başlıca klorat çözeltilerinin elektroliziyle elde edilir. ClO3

- ın bir Pt anotdayükseltgenmesi aşağıdaki yarı tepkimeye göre gerçekleşir.

- - + -(aq) (aq) (aq)3 2 (s) 4C1O + H O ClO + 2H +2e -E° = -1,189 V

Halojenlerin oksianyonları:

Perklorat tuzları, başlıca klorat çözeltilerinin elektroliziyle elde edilir. ClO3- ın bir Pt anotda

yükseltgenmesi aşağıdaki yarı tepkimeye göre gerçekleşir. - - + -(aq) (aq) (aq)3 2 (s) 4C1O + H O ClO + 2H +2e -E° = -1,189 V

• ClO4-, sulu ortamda ligantlık gücü en zayıf olan iyonlardan biridir.

•Klor için +7 den daha fazla yükseltgenme basamağa olmadığından, perkloratlar bozunmazlar. Perkloratlar diğer oksiasit tuzlarına göre oldukça kararlıdır. •Bununla birlikte, yüksek sıcaklıklarda ya da kolayca yükseltgenebilen bir bileşik beraberinde, perklorat tuzları patlayarak tepkimeye girebilirler. Bunun için perklorat tuzlan kullanılırken dikkat edilmelidir. •Amonyum perklorat ve alüminyum tozu karışımları uzay mekikleri gibi, bazı roketlerde katı yakıt olarak kullanılırlar. •Amonyum perkloratın kullanılması çok tehlikelidir. Çünkü, bir yükseltgen olan ClO4

- bir indirgen olan NH4

+ üzerine etki ederek patlayıcı bir tepkime oluşturabilir.

Polihalojenür Iyonları:Triiyodür iyonu (I3

-), polihalojenür iyonları denen iyonlar grubundan biri olup, bir halojenüriyonunun bir halojen molekülü ile verdiği tepkime sonucu oluşur. Bu tepkimede halojenüriyonu bir Lewis-bazı (elektron-çifti vericisi) olarak, molekül ise bir Lewis-asiti (elektron-çifti alıcısı) olarak etki eder.

Halojenler Arası Bileşikler :

Herbir halojen elementi, yalnızca X2 gibi diatomik molekülleri oluşturmakla kalmaz; XY gibifarklı halojenlerin olduğu molekülleri de oluşturur. XY3, XY5 ya da XY7 gibi diğer halojenlerarası bileşikler çok atomlu moleküllerdir.

Halojenler arası bileşiklerin molekül yapılarında, hacmi daha büyük ve elektronegatifliğidaha küçük olan halojeni merkez atomu, daha küçük halojen atomları ise uç atomlar olarakgösterilir. Halojenler arası bileşiklerin molekül geometrileri VSEPR kuramınınöngördükleriyle gayet iyi uyuşur. IF7 molekülü, bir pentagonal bipiramit yapı oluşturmak içinmerkez atom etrafında dağılmış yedi elektron çiftli bir yapıya sahiptir. Halojenler arasıbileşiklerin çoğu çok etkindir.

Halojenler arası bileşiklerin çoğu çok etkindir.Örneğin; ClF3 ve BrF3, su, organik maddeler ve bazıanorganik maddelerle çok hızlı tepkime verirler. Bu ikitriflorür, gaz difüzyonu ile uranyum izotoplarınınayrılmasında kullanılan UF6 ün elde edilmesinde olduğugibi, florlayıcı madde olarak kullanılır. ICl, organik kimyadaiyotlayıcı bir madde olarak kullanılır.

HALOJEN BİLEŞİĞİ KULLANIM ŞEKLİNO2AlF6 Alüminyum üretimi,

BF3 Katalizör,CaF2 Optikle ilgili bileşenler,HF üretimi,metalorüjüyle ilgili madde,

ClF3 Florlandırıcı madde,nükleer yakıtların tekrar işlenmesi,HF F2,AlF3,Na3AlF6 ve Florkarbonlerın üretimi,LiF Seramik üretimi, kaynakçılık ve lehimcilik,

NaF Florürlü su, diş koruma, sinek ilacı,SF6 Yüksek voltajlı elektrik cihazlarda yalıtkan gaz,

SnF2 Diş macunu üretimiUF6 Nükleer reaktörler için uranyum yakıtının üre

NOT: Halojenlerin olduğu gibi Halojen Bileşiklerininde önemli kullanım alanları

vardır.Bunlar;

11.BÖLÜM

11.BÖLÜM: GEÇİŞ ELEMENTLERİ

Başlıca demir cevherleri oksitler ve karbonatlardır.Bu cevherler: Hematit (Fe2O3), manyetit (Fe2O3.FeO), limonit (2Fe2O3.3H2O) ve siderit (FeCO3) tir.

Demir Üretimi:1. Cevher, eritici ve kömürden oluşan

ham maddeleri; kırma, ufalama,yakma (Piritlerin yakılması), kokyapımı vb. ilk işlemlerden geçirerekyüksek fırına atılabilecek şekledönüştürme aşaması.

11.1. Önemli demir cevherleri ve bunlardan ham demir üretim yöntemleri,

2 2

2

2

İndirgenlerin oluşumu:

C + H O CO + H (600 °C)

C + CO 2 CO (1700 °C)

2C +O 2CO (1700 °C)


2. Ham demir (pik) veya font elde edilişi ve iri dökümürünlerinin elde edilişi;Demir metalürjisinde kullanılan yüksek fırında cevher,kömür ile beraber 1900°C civarında yakılmakta ve1300°C’de çabuk soğuma sonucu beyaz font üretilir.Yavaş soğuma sağlanırsa esmer font elde edilir.

Artık maddeye (curuf) adı verilir.

3 4(k) (g) (s) 2(g)Fe O + 4CO 3 Fe + 4CO

3. Elde edilen font'a (demire) hava ve demir oksit etkiettirilerek yumuşak demir üretilir(Puddling Yöntemi).Çelik üretiminde ise beyaz fontun yakılarak fazlakarbonun alınması (Martin-Siemens Yöntemi) veyayumuşak demire hava üflenerek karbonlanması(Bessemer veya Thomas) yöntemi gibi işlemler uygulanır.


3. Üçüncü aşamanın ürünü olan kütüklerin ya ingot kalıplara dökülerek veya su ile soğutulan bakır kokil ile bir uçtan akıtılırken öteki uçtan katılaşmış şekilde dışarı çekilerek sürekli olarak (sürekli döküm) dökülerek piyasada görülen saç, değişik boy ve şekillerdeki çubuk, profil elemanlar olarak yarı işlenmiş eşya durumuna getirilmesi.

11.1. Demir üretimi,

2 2

2

2

1) İndirgenlerin oluşumu:

C + H O CO + H (600 °C)

C + CO 2 CO (1700 °C)

2C +O 2CO (1700 °C)

2 3 2

2 2 3 2

2) Demir oksidin indirgenmesi;

3CO+ Fe O 2Fe+3CO (900 °C)

3H +Fe O 2Fe + 3 H O (900 °C)

3 2

2 3(s)

4 10 3 4 2(S)

3) Safsızlıkların Curuf oluşumumu;

CaCO CaO + CO (800-900 °C)

CaO + SiO CaSiO (1200 °C)

6 CaO + P O 2 Ca (PO ) (1200 °C)

2

4 10

4) Demir safsızlık oluşumu:

MnO + C Mn + CO (1400 °C)

SiO + 2C Si + 2CO (1400 °C)

P O + 10C 4P + 10CO (1400 °C)

2 3(k) (g) (s) 2(g)Fe O + 3CO 2 Fe + 3CO

Demir cevherinin demire indirgenmesinin basitleştirilmiş denklemi aşağıdaki gibidir.

11.2. Çelik üretiminde oksijenin ve katkı metallerinin rolleri,

Pik demirden çelik elde etmek için yapılması gereken başlıcaişlemler;•Pik demirdeki karbon miktan % 3-4 den % 0-1,5 değerineindirilir.•Si, Mn, P (pik demirdeki yüzdeleri 1 ya da daha fazladır) ve diğerikinci derecedeki safsızlıklar curuf oluşturularak uzaklaştırılır.•İstenen özelliklerde çelik elde etmek için gerekli elementler (Cr,Ni, Mn, V, Mo ve W gibi) eklenir.

Çelik üretiminde en önemli yöntem temel oksijen yöntemidir.Yaklaşık 10 atm. basıncındaki oksijen, toz halindeki kireçtaşı ilebirlikte, suyla soğutulan tüpten geçirilir ve sıvı pik demirüzerinden dışarıya atılır. Tepkime süresi genellikle 22 dakikadır.Tepkime kabı eğilerek, demirin üzerindeki curuf dışarıya atılır vedaha sonra istenen alaşım elementleri eklenir.

11.2. Çelik üretiminde oksijenin ve katkı metallerinin rolleri,

Demir cevherinden tek basamakta çelik eldesi için bir yöntem geliştirilmiştir. Demir cevheri, buişlemde kullanılan bütün maddelerin erime noktalanndan daha düşük bir sıcaklıkta demireindirgenebilir. Demirin doğrudan indirgenmesinde kullanılan CO(g) ve H2(g), buhar ile doğalgazın tepkimesinden elde edilir. Bu yöntemin ekonomik olabilmesi için doğal gazın bol olmasıgerekir. Şu anda dünyadaki demir üretiminin ancak küçük bir yüzdesi bu yöntemle eldeediliyorsa da, demirçelik endüstrisindeki kullanma alanı, özellikle Ortadoğu ve GüneyAmerika'da hızla genişlemektedir.

2

2

2 3

2 3

2 4 10

4 10 3 4 2

2C + O 2 CO

2 FeO + Si 2 Fe + SiO

FeO + Mn Fe + MnO

FeO + SiO FeSiO

CURUF

MnO + SiO MnSiO

CURUF

4 P + 5O P O

6 CaO + P O 2 Ca (PO )

CURUF

nnn - frmez · 1.1. büyük patlama ve evrende hafif elementlerin oluşumunu, 1.1. hafif...

Documents