KİMYANIN METOTLARI
Lavoisier’den bu yana kimyacılar, kütleleri, hacimleri ve sıcaklıkları mümkün en büyük duyarlılıkla ölçmeye imkân veren araçlar kullanmaya ve geliştirmeye çalışmışlardır: terazi, ölçekli şişeler, büretler, termometreler, geleneksel ayırma teknikleriyle (süzme, damıtma) birlikte, çok sayıda buluşa imkân vermiştir.
Eski tekniklerin iyileştirilmesi
Bu tekniklerden bazıları, zaman içinde önemli ölçüde yetkinleşmiştir: nitekim, günümüzde terazilerin hassasiyeti, birkaç miligram bir nesnenin, mikrogram (gramın milyonda biri!) düzeyinde bir hassasiyetle tartılabileceği hale gelmiştir. Aynı şekilde, yaklaşık dctrt yüzyıl önce bulunan mikroskobun performansı da, optik ve mekanikteki ilerlemeler ve yeni teknikler (kutuplayıcı mikroskop, faz kontrastı…) sayesinde sürekli olarak iyileşmiştir; ama, elektron mikroskobunun geliştirilmesi 2 ÛOO’lik bir maksimumdan yüz binlere ve hatta, çok yüksek gerilimli (1 milyon volt) elektron mikroskoplarında birkaç angströmlük (1CT111 m) bir ayırma gücüyle, milyona atlayarak büyütme ölçeğinin değiştirilmesine imkân vermiştir. Böylece günümüzde, atomları ayırt etmek ve mesela bunların kristaller içindeki yığışım kusurlarını gözlemlemek mümkündür.
Yeni teknikler
Elektronik ve bilişim alanlarında kaydedilen ilerlemeler sayesinde, araştırmacıların gözlem olanaklarını önemli ölçüde artıran birçok başka teknik geliştirilmiştir. Modern kimya alederinin çoğu, üç temel bileşene sahiptir: bir enerji kaynağı, incelenecek nesneye enerji aktarılan bir bölge ve verilen enerji ile nesne arasındaki etkileşimleri nicel olarak belirlemeye imkân veren bir algılayıcı. Enerji kaynağı olarak daha çok farklı dalga boylarındaki elektromanyetik ışınım vericileri kullanılır: böylece, X ışınlarının kırınımıyla elde edilen imkânlar, elektron kırınımının (X ışınlarıyla İncelenenden çok daha küçük alanların gözlemlenmesine imkân veren) ve nötron kırınımının geliştirilmesiyle daha da artırılmıştır.
Öte yandan, güçlü araçların yanı sıra gelişkin analiz metotları da uygulanır; bir madde içinde bulunan elementleri saptamaya ve dozlarını belirlemeye yönelik element analiz metotları ile atomların ve iyonların bir araya gelme biçimlerinin belirlenmesini konu alan yapısal inceleme metotları bu kapsamdandır.
Element analiz metotları. Bu metotlarda uzun süre, elementlerin, çökelti oluşmasına (ağırlık, ölçümsel doz belirleme işlemleri) veya çözelti dönüşümlerine (hacim, ölçümsel doz belirleme işlemleri) yol açan özgün tepkimlerinden yararlanılmıştır. Bu metotlar, analizi yapılacak birkaç miligramlık maddelere uygulanabilir (mikro analiz). Günümüzde çoğunlukla bu metotların yerine, otomasyona daha uygun olan, daha hızlı ve çoğu zaman daha duyarlı fizikokimyasal metotlar uygulanmaktadır. Bunlar temel olarak spektroskopik metotlar, elektrokimyasal metotlar ve etkinleştirmeyle analizdir.
Spektroskopik metotlar. Görünür ve morötesi alanda yayım spektrografisi, atom ve moleküllerin içindeki elektron geçişlerini gözlemlemeye, bunları tanımlamaya ve bazen büyük bir duyarlılıkla elementlerin dozunu belirlemeye imkân verir. Bir çözelti içinde önceden belirlenmiş elementlerin, bu çözelti bir alev içine enjekte edilerek ve alevin, elementin karakteristiği olan bir lamba tarafından yayımlanan bir ışımayı soğurması ölçülerek dozlarının belirlendiği atom soğurması durumunda da aynı şey söz konusudur.
Elektrokimyasal metotlar. Bu metotlar, çözelti halindeki iyonlara uygulanır ve çoğu zaman büyük bir duyarlılıkla, bunları tanımlamaya ve dozlarını belirlemeye imkân verir. Özellikle pola-rografı, cıva damlalı bir elektrotla gerçekleştirilen elektroliz sırasında kutuplanma eğrilerini oluşturarak, çözelti halindeki metal iyonlarının dozlarının belirlenmesini mümkün kılar.
Etkinleştirmeyle analiz. Bu metot, analiz edilecek maddeyi bir atom pilinin nötronlarıyla ışınlamaya ve yarı ömürleriyle tanınan, oluşmuş yapay radyoaktif elementlerinin etkinliğinin zaman içindeki değişimini ölçmeye dayanır. Bir siklotronda hızlandırılmış çeşitli parçacıklarla bombardıman, bu tekniği tamamlar. Bu yöntemle milyonda bir ölçeğinde çok düşük oranlardaki elementlere erişilebilir. Kimyacılar böylece, çok küçük miktarlardaki katışkıla-rın maddelerin davranışı üzerindeki etkisini ortaya koyabilir: bu inceleme alanının, özellikle elektronikte yarıiletkenlerin tasarımı ve hazırlanması için büyük bir önemi vardır.
Yapısal inceleme metotları. Bunlar, çok sayıda ve tamamlayıcı nitelikteki yöntemlerdir.
X ıştnlarının kristaller tarafından kmnımt. Atomların ve
iyonlann kristaller içindeki :
ye imkân verir. Günümüzde ı_ ~
çok kristal ailesinin yapısın: ve aynca lerin, özellikle de dezosiriboaukleüc asıc-r. I lamışlardır. X ışınlarının kırınım: çok kr_;u_. ;” ğında, bir karışımın çeşitli kan b:leşer_s::~_’ imkân verir. Elektron kırınım: ve r.otrcn rımmıyla elde edilen bilgilen tamamlar.
Kıztlaltt soğurma spektrografisi. Siz.t- -deki atom ve iyon gruplarını tanımlamaya ^ • _ ne ve bağ enerjilerine ulaşmaya imkân ve” -belirlenmesine katkıda bulunur; diğer ya-u;:. ~ ri saptama imkânı da sunar. Bu metot, :ş-J r “ : dan yayındırılmasma dayanan ve k:z:.2.’ er; ■ t diklerini tamamlayan bilgiler sağlayan fc”.v marnlanır.
Nükleer manyetik rezonans. Bu yör.te~ ;. -sabit bir manyetik alan içine yerleştirilme : ~ ‘’O, 15N, ”F, 3’P) çekirdekleri arasındaki etıc-;.: “ bu etkileşim, çekirdeğin ve çevresinin be-m : çevresinin belirlediği frekanslarda, Hertz c=_j: :’ sıyla kendini belli eder. Böylece, bir molek— -deki bir elementin atomlarım saptamak ve r _ ■ -mını incelemek mümkündür. Bu, organik _<_r -celenmesiyle ilgili olarak çok kullanılan k-İ— ‘
Kütle spektrografisi. İzotopların bulur—.-. ve daha genel olarak, moleküllerin koprr_=i ‘ -atomları veya atom gruplarını, kütlelerince” imkânını sunmuştur. Bu teknik özellikle. î-it* parçaların bilinmesiyle, molekül yapılanr_n ‘: * kün kılmıştır.
Elektronik mtkrosonda. Bir katı içindeki ı : bileşeni belirlemeye, yerini saptamaya ve . ■ ye imkân verir.
X fotoelektronları spektroskopisi. Bu meri: da, bir katının yüzeyinde bulunan bir elemen ~ maya ve ardından uyarılmış atomlar taraflı;:’ ışınlarını analiz etmeye dayanır. Katiların y-z-ve yapısına ilişkin çok değerli bilgiler sağlar
Bu analiz metotlarına, bir karışımın bileşeli ı * yönelik birtakım çok etkili metotiar da esİ£r_-(gaz fazında, sıvı fazında, basınç altında sıvı rı la ayırmalar, bu teknikler sayesinde, karmaş-: ■-şenleri ayrılabilir ve toplanabilir, tanımlanab—- : nebilir.
Ve nihayet bir dizi başka inceleme metodu : ■ lar. Bunlardan termik analiz metotları, yüksek ; :
KİMYANIN TEMEL YASAL
AĞIRLIK YASALARI
Lavoisier yasaları Flcmonllerin korunumu yasnsı
Kimyasal bir tepkime sırasında, başlangsçtaki tüm elementler, oluşan maddelerde de yer alır. Küllenin korunumu yasası
Kimyasal bir tepkime sırasında, oluşan maddelerin! taki maddelerin kütlesine eşittir.
Proust yasası veya belirli oranlar yasası İki veya birçok elementin bileştikleri kütlelerinin cc bunlar, sürekli değişimlere yatkın değildir.
Dalton yasası veya katlı oranlar yasası iki element birden çok bileşik oluşturduğunda, eir farklı bileşiklerdeki kütleleri arasındaki oran, bire si için, tamsayı ve genellikle basit terimlidir.
Rîchtcr yasası vc orantılı sayılar yasası A elementinin a kütlesi, B ve C elementlerinin bvteI leşerek AB ve AC bileşikleri oluşturduğunda B ve ‘ ği oluşturmak üzere aralarında birleştiklerinde söz oranı b/c ye veya hu oranın, basit tamsayjlar aras nıyia çarpılmış haline eşittir, a, b, c sayılarına A. B. C elementlerinin orantılı sa
HACİM YASALARI
Gay-I.ussac yasaları
Bileşen iki gazın, aynı sıcaklıkta ve aynı basınç < cimlerinin arasında basit bir oran ilişkisi vardır.
Bir bileşim gaz halde olduğunda, bunun hacmi, gaz1 lerinin hacimleriyle basit bir oran içindedir
Kükürt dioksidin (SOJ neden odıığu atmosfer kirlenmesinin azaltılması.
Fosil hidrokarbonların çoğu (petrol, doğalgaz, kömür) yakıldıklannda kükürt diokside dönüşen kükürt içerirler. Rafineriler, tüketicilere teslim etmeden önce yakıtlann kükürdünü gidermekte ve böylece atmosfer kirlenmesinin azaltılmasına katkıda bulunmaktadır. Lacq fabrikasında (Fransa) kullanılan yandaki donanım, doğalgaz içindeki kükürdün (doğalgaz İçinde büyük bir oranda bulunur) yüzde 99,5’ini geri kazanmaya imkân vermektedir.
– ı ıseierin davranışım büyük bir duyarlılıkla izleme-
– • jemyacılar günümüzde, son derece güçlü bir tek-.’ U2n yararlanmaktadırlar; bunlar sayesinde, incele-ı : – ” ,yjk bir duyarlılıkla analiz edilebilmekte ve me-… s miktarlardaki katışkıların maddelerin davranışı : v :5: belirlenebilmektedir: bu alan, bilindiği gibi, ;r:üetkenlerin tasarımı ve hazırlanması bakımından -. —e sahiptir.
: ..-^müzde kimya laboratuvarları, fizik veya biyoloji cbi. ağır ve ileri teknoloji ürünü bir aletler toplu-: :^rak zorundadır.
YA VE ÖNEMLİ DÜNYA IUNLARİ
c – “-rler ve malzemelerle, yararlandığı süreçlerle, sağ-c. ‘ s kimya, birçok doğal olayda ve insan etkinliğinin işe karışır. İyi kullanımı, ilerlemenin kesin bir et-
şra ve çevre
: : -;:mzde kimyanın etkilerine ve ürünlerine rastlarız: .. :rasyon malzemeleri, taşımacılık araçları, enerji, e ; ürünleri üretimi, spor ve eğlence ürün ve malze-■r railerin ve alaşımların, plastik maddelerin, yakıtla-cr. S” bir kimya teknolojisi gerektirir.
■ .saya, her insan etkinliği gibi, çevremize zarar ve-:f. : 3 sınaî atıkların atmosfere veya akarsulara bırakıl-p- . – iiDİojik felaketlere yol açabilir; katı atıkların yığıla-mr i i ioğal görünümü bozabilir. Bununla birlikte buranı. ■ koşulların imkân verdiği veya kamuoyunun bas-ı çözümler gerektirdiği andan itibaren, yalnız
Br .: ;rîdeceği problemler söz konusudur. Günümüzde, t veya alıkoyan (özel donanımlarda, yerinde) «te-
ir kurmak mümkündür. Klorofluorokarbonlar gibi, p: ,urr-anının tahribatına yol açtığı ortaya çıkmış olan g. = ‘ifvavaş yerlerini eşdeğer niteliklere sahip, ancak za-|j*t^rinlere bırakmaktadır. Doğal ortamda ayrışabilir i üretilmekte ve sanayi veya konut atıklarının
: ‘.ne sokulmasına yönelik yöntemler kullanılmaktaki deniz yüzeyine yayılan petrol örtüleri kimya-|p>.r ■ “.izlenebilmektedir.
jprra ve sağlık
jpr r z srotezlerin üretimi, sınaî kimya üretiminin önemli: oluşturur: yaşam umudunu artıran bu ürünlerin jpatr ; – biyologlar, hekimler, eczacılar ve cerrahlarla işbir-. flfflu şirketleri ve laboratuvarları tarafından gerçekler :-.snii araştırmaları gerektirir. Başlangıçta, bitkisel ve-ürünlerden elde edilen birçok ilaç, günümüzde bü-
yük miktarlarda kimyasal sentezle üretilmektedir. Kimyasal bileşiklerin bileşimi ile bunlann tedavi edici özellikleri arasındaki ilişkilerin anlaşılmasında sürekli olarak ilerlemeler kaydedilmektedir. Günümüzde, kanser, yüksek tansiyon, sinir hastalıkları, kimya ve eczacılık sanayilerinin sentez ürünleriyle etkili bir şekilde tedavi edilebilmektedir.
Ama kimyanın rolü, tıbbınkini aşmaktadır: gerçekten de kimya, sağlık koşullarının iyileştirilmesine, kentsel alanlardaki hava kalitesinin sürekli olarak izlenmesine, tüketim (içme ve kullanma) sularının denetlenmesine ve arıtılmasına, gıda maddelerinin kalitesinin denetlenmesine ve hileli olanlarının saptanmasına katkıda bulunmaktadır.
Kimya ve açlıkla mücadele
Dünya nüfusundaki büyük artış, bitkisel ve hayvansal üretimin nitel ve nicel olarak iyileştirilmesine yönelik sürekli girişimler gerektirmektedir. Kimya, bu yaşamsal alanda da temel rol oynar.
Farklı topraklara, iklimlere ve ekinlere uyarlanmış çeşitli gübrelerin büyük miktarlarda üretimi, verimli toprakları korumaya ve fazla verimli olmayan toprakları bitek hale getirmeye imkân verir. Bitki sağlığım iyileştirmeye yönelik ürünler, ekinlerin hayvansal veya bitkisel parazitler tarafından tahrip edilmesini azaltır. Besi hayvanlarının sağlığı ve üretilen etlerin niteliği, veterinerlik ürünleri ve gıda katkı maddeleriyle belirgin biçimde iyileştirilmiştir.
Kimya ve teknolojik evrim
Teknolojik evrim, ancak kimya sanayii yeni teknolojilerin gerektirdiği, giderek daha yetkin malzemeleri ve ürünleri imal etmeyi başarabiliyorsa mümkündür: elektronik ve bilişimde belirleyici bir şekilde işe karışan yarıiletkenler, son derece saf (en çok milyonda birkaç oranında katışkı) katilardan yola çıkılarak hazırlanır ve bunlara, kesin olarak belirli koşullarda, çok az miktarlarda katışkı katılır. Elde edilmesine imkân verdikleri çok şiddetli manyetik alanlarla; taşımacılık veya enerji üretim tekniklerinde devrim yapmaya hazırlanan «yüksek sıcaklık» aşırıiletkenle-ri, katı kimyacıları tarafından yürütülen araştırmalar sonucunda geliştirilmiştir.
Uzay havacılığındaki ilerlemeler, füzelerin, yapay uyduların, uzay gemilerinin gerçekleştirilmesi, kimyacılar tarafından tasarlanmış ve hazırlanmış malzemelere başvurulmasını gerektirmektedir. Diğer yandan, enerji üretimi bakımıdan çok umut verici bir teknik olan manyetohidrodinamik alanındaki gelişmeler, çok sert çalışma koşullarına dayanabilecek seramik malzemelerin bulunmaması nedeniyle durmuştur.
Tüm bilim dalları, tekniklerin ilerlemesine ve varolma koşullarımızın iyileştirilmesine katkıda bulunmaktadır; müdahalesi her zaman doğrudan algılanamayan kimya, uygarlıkların evriminde daha başından beri çok etkin bir rol oynamıştır ve oynamaya devam etmektedir. □
AYRICA BAKINIZ
► mm alkol
– İjuNŞi) aromalar
► I.bİnşl) asitler ve bazlar
– ImSD atomlar ve iyonlar
► Ib.Mj boyarmaddeler
– IMİBB Curie (Pierre ve
Marie)
– İMM1 eczacılık
– ib.Mi elektron
– İMED elementler, basit ve
bileşik maddeler
– M gaz
► İB-insij hava
– ISakSJ hidrojen
► \üm hidrokarbonlar
– İM5Ü karbon
– «li kataliz ve kinetik
* Ü3ED kimya sanayii
– EM! Lavoisier
► ib.ansli metaller ve alaşımlar
– E-aIsl) molekül
► iB.ANjj-l oksijen
– E&HH plastik maddeler
* |ğ.A&t| polimerler
► ib.ansli tepkime (kimyasal)
* HUSsl] termodinamik
– [b.ams!| yanma
– IMNŞL1 yükseltgenme ve
indirgenme
273
