KİMYANIN DALLARI

KİMYANIN DALLARI

Kimyanın çeşitli alanları beş alt dalda sınıflandırılır: Or­ganik kimya, inorganik (ya da anorganik) kimya, fiziksel kimya, biyokimya, analitik (ya da çözümleyici) kimya.

Organik kimya, başlangıçta canlılardan elde edilen bileşiklerle sınırlıyken, günümüzde hidrokarbonları (karbon ile hidrojenden oluşan bileşikleri) ve türevlerini de ele almaktadır, inorganik kimya, hidrokarbonlar dı­şında bütün elementlerden türeyen bileşikleri inceler. Biyokimya, canlı sistemlerle ilgili süreçlerin içerdiği bi­leşikleri ve tepkimeleri inceleyen alt bölümdür. Fiziksel kimya, maddenin yapısını ve maddedeki fiziksel ya da kimyasal değişiklikler sırasında oluşan enerji değişiklik­lerini ele alır. Bu alan, öbür alt bölümlerin kimyasal göz­lemlerine kuramsal dayanak sağlar. Analitik (ya da çö­zümleyici) kimya, kimyasal maddelerin tanımlanmasıy­la, bir karışımda bulünan maddelerin miktarlarının be-

Ayrıca, kimya ile öbür fiziksel bilimlerin kesiştiği alandaki konuları ele almak için günümüzde özel alt bölümler gelişmiştir. Sözgelimi, kısa bir süredir yaşamın kimyasal kökeni araştırılmakta, bu araştırmalarda, alçak basınçlarda basit moleküllerin tepkimeye girmelerinin sonucu olarak, canlı organizmalarda bulunan protein­ler gibi karmaşık organik moleküllerin oluşumu İnce­lenmektedir.

Dallararası bir bilim olan astrokimya, evrendeki kim­yasal bileşenlerin, özellikle de yıldızlararası maddenin kökenini ve etkileşmesini inceler. Yer kimyası, yerbili­min kimyasal yönleriyle (sözgelimi filiz işleme teknik­lerinin iyileştirilmesiyle; kömürün kullanımıyla; şist ya­ğının elde edilmesiyle) ve olağan standartlara göre kuru sayılan kuyulardan petrol özütlemek için kimyasal maddelerin kullanılmasıyla ilgilenir.

Nükleer kimya (ya da çekirdek kimyası), atom çekir­değinin doğal ve yapay dönüşümlerini ele alır. Günü­müzde bu alandaki çalışmalar, nükleer enerjinin gü­venli, verimli kullanımı ve nükleeratıkların yok edilmesi üstünde yoğunlaşmıştır. Kimyasal elementlerin radyo­aktif izotoplarıyla ilgilenen radyokimya, kimyasal ve bi­yokimyasal sistemlerin daha iyi anlaşılması için bu izo­toplardan yararlanılmasını inceler. Çevre kimyası, çe­şitli elementlerin ve bileşiklerin çevreküre (ekosfer) üs­tündeki etkisini ele alır.

KİMYANIN ARAÇLARI

Kimya bir laboratuvar bilimidir; kimya laboratuvarında- ki donanım da çoğunlukla ölçümlerle ilgilidir. Kütleyi ölçmek için terazi, hacmi ölçmek için pipet ve büret, renk yoğunluğunu ölçmek için renkölçer (kolorimetre), sıcaklık değişikliklerini ölçmek için sıcaklıkölçer (ter­mometre) kullanılır. Elektronikte ve bilgisayar teknolo­jisinde sağlanan ilerlemeler, maddelerin kimyasal özel­liklerini, yapılarını, içeriklerini doğru ve duyarlı olarak belirleyen bilimsel aygıtların geliştirilmesine olanak vermiştir.

Modern kimya araçlarının çoğunun üç ana bileşeni vardır: Enerji kaynağı; içine madde konularak enerji uy­gulanmasını sağlayan örnek bölmesi; enerjinin örnek üstündeki etkisini belirleyen bir tür detektör. Sözgelimi bir kimyacı, X ışınlarını saçan bir X ışını kırınımölçeıi kul­lanarak, billurları oluşturan atomların, iyonların ve mo­leküllerin düzenlenişini belirleyebilir. Modern labora- tuvarların çoğunda bulunan, morötesi, görünür ışık ve kızılötesi spektrofotometreleri, farklı dalga boylarında­ki ışığı, gaz ya da sıvı örneklere uygular. Böyle bir yön­temle kimyacı, moleküllerde atomların düzenlenişini ve elektron konbiçimini belirleyebilir. Nükleer magne- tik rezonans spektrofotometresi, güçlü bir magnetik alan içindeki örneğe, radyo frekansı ışınımı uygular. Kullanılan örneğin bu enerjiyi soğurması, moleküller içindeki bağlanma konusunda kimyacıya bilgi sağlar. Kullanılan öbür aygıtlar arasında, enerji kaynağı olarak elektronları kullanan kütle spektrometreleri (tayfölçer) ve ısıdan yararlanan ayrımsal ısıl çözümleyiciler sayıla­bilir.

Karmaşık karışımları bileşenlerine ayırmak için kro- matografi yöntemini kullanan aygıtlar, bütünüyle farklı bir araç grubu oluşturur. Kimyacılar, kimyasal tepkime­lerde mikrosaniye düzeyinde ortaya çıkan atom ve mo­lekül süreçlerini araştırmak için, son derece kısa süreli lazer ışığı atımlarından da yararlanmaktadırlar. Bunlar ve başka aygıtlar öylesine çok veri sağlamaktadır ki, gü­nümüzde kimyacılar, sonuçları çözümlemek için sık sık bilgisayar kullanmak zorunda kalmaktadırlar.

Kimyasal değişikliklerin denetlenmesi, çözümlenmesi, ölçülmesi ve bazen de yeniden oluşturulması, araştırma kimyacılarının başlıca görevleri arasındadır.

 

 

ilişkilidir: Beslenme, giyinme, barınma, sağlık hizmetle­ri. Kimya uygulamaları, çoğunlukla, kimyasal madde üretimiyle uğraşan sanayileri akla getirir. Kimya sanayi­sinin önemli bir kesimi, inorganik ve organik kimyasal maddelerin üretimiyle uğraşır; bu maddeler, başka sa­nayi dallarında uygulanan kimyasal işlemlerde tepken olarak kullanılır.

Kimyasal bağlarla bağlanmış, birbirini yineleyen ba­sit birimlerin oluşturduğu büyük moleküller olan poli- merleri inceleyen kimyanın alanı plastikleri, reçineleri, doğal ve yapay kauçuğu, yapay lifleri ve koruyucu kap­lamaları kapsar. 1930 yıllarının sonlarından bu yana olağanüstü ölçüde gelişmiştir. Doğal tarım ürünlerin­den elde edilen doğal kauçuğun ve kaplamaların (bo­yaların, verniklerin, cilaların ve emayların) yapımı, 150 yılı aşkın süreyle kimya sanayisinin temel işlevini oluş­turmuştur.

Yeni enerji kaynaklarının aranması ve var olan kay­nakların iyileştirilmesi de, birçok bakımdan kimyayla il­gili sorunlardır. Ham hidrokarbonlar arıtılarak benzin ve petrokimya sanayisi ürünleri gibi ürünlerin elde edil­mesi, petrol sanayisinin özünü oluşturur. Nükleer ener­jiden yararlanılması, büyük ölçüde, yakıtın kimyasal olarak hazırlanıp yeniden işlenmesine, nükleer atıkların yok edilmesine, korozyon ve ısı- aktarımı sorunlarına dayanır. Güneş enerjisinin elektrik enerjisine çevrilerek depolanması, öncelikle kimyasal bir işlemdir; yakıt hücrelerinin geliştirilmesi de, kimya teknolojisine ya da elektrokimya teknolojisine dayanır.

Kimyasal araştırma, ilaç sanayisindeki üretim işlem­lerinin temeli olmuştur. Belirli kimyasal maddelerin de­netimli olarak bedene verilmesi, hastalıkların teşhisine, tedavisine, çoğunlukla da bütünüyle iyileşmesine yar­dımcı olur, ilaç tedavisi ya da kimyasal tedavi (kemote- rapi), kanserle savaşta birinci tedavi yöntemidir.

Aşağı yukarı 1940 yıllarından bu yana, tarım alanın­da çok büyük gelişmeler gerçekleştirilmiştir; Bunun başlıca nedeni, çiftçilerin kimyasal gübreler, böcek ve zararlı ot öldürücü ilaçlar kullanmalarıdır. Kimya sana­yisinin öbür dalları arasında sabun üretimi, besinlerin iş­lenmesi, cam, kâğıt, metal ve fotoğraf gereci üretimi sa­yılabilir.

Özel uygulamalar. Çok eski tarihlerden bu yana, kim­yanın kapsamında sayılan ana etkinliklerin yanı sıra, başka meslekleri destekleyen araştırmalar da yapıl­maktadır. Müzeler, sanat yapılarının korunmasında ve ^ai ı ı\ıı i i y uv-ııuı , uuu>w                                                                                                          ,

testler uygularlar. Toksikologlar, kimyasal maddelerin canlı sistemler üstünde yolaçabilecekleri zararlı etkileri incelerler. Temizlik mühendisliği ve lağımların işlenme­siyle uğraşan kimya da, nüfus arttıkça ve çevreyle ilgili kaygılar yoğunlaştıkça, toplum açısından çok büyük önem kazanmıştır.

Sorunlar. Kimya ve ilgili teknolojilerin uygulaması, in­sanlara, hayvanlara ve çevreye hemen ya da uzun dö­nemde zarar veren kimyasal maddeler üretilmesine yol açmıştır. Çevre kirlenmesi yeni bir sorun değildir; ama kimya sanayisinin hızla büyümesi ve çok gelişmiş kirlilik saptama aygıtlarının kullanımı biraraya gelince, kirliliğin boyutu kamuoyunun dikkatini çekmeye başlamıştır.

Sanayi atıklarının atmosfere ve su kaynaklarına bo­şaltılması, çevrenin bozulması konusunda ciddi kaygı­lara yol açmaktadır. Çalışanların, işyerlerinde bazı ze­hirli maddelerin etkisinde kalmaları, uzun erimli sağlık sorunları doğurmuştur. Ayrıca, bazı böcek ve zararlı ot ilaçlarının kullanılması, etkileri günümüzde tam anla­mıyla anlaşılamamış olan uzun dönemli zehirlenmeye yol açabilir. Kimyasal ve biyolojik savaş maddeleri ile nükleer atıkların güvenle depolanması ve yok edilmesi, ciddi bir sorun olmayı sürdürmektedir. Kimya teknolo­jisinde sağlanan bir ilerleme, hemen her zaman, çevre­de değişikliğe yol açarak bir bedel doğurur.

Görevler ve eğilimler. Yeni enerji kaynaklarının yaratıl­ması ve hastalıkların, kıtlığın, çevre kirliliğinin ortadan kaldırılması gibi teknoloji sorunları, kimyanın geleceği­ni büyük ölçüde belirleyecektir. Başka bir görev de, var olan kimyasal ürünlerin, sözgelimi böcek ve zehirli ot öldürücü ilaçların güvenliğinin artırılmasıdır. İnsan be­denindeki karmaşık kimyasal süreçler konusunda yapı­lacak araştırmalar, çeşitli hastalıklarla ve işlev bozuk­luklarıyla ilgili yeni kavrayışlar sağlayabilir. Sanayi sü­reçlerinin daha iyi duruma getirilmesinin, enerji ve hammadde kullanımının en aza indirilmesine yardımcı olarak, çevre üstündeki olumsuz etkileri azaltacağı sa­nılmaktadır.

kimya (tarih)

İnsanlar, kimya uygulamasına (yani, maddesel şeyleri dönüştürmeye) Tarihöncesi’nde ateşin kullanıma gir­mesiyle birlikte başladılar. İlkel insanlar önce odun yak­ma, yemek pişirme, çanak-çömlek ve tuğla fırınlama gi­bi kimyasal dönüştürmeleri gerçekleştirmek, daha son­ra da bakır, gümüş ve altın gibi maden filizlerini işlemek için ateşi kullandılar. Çin’de, Mezopotamya’da ve Mı­sır’da uygarlık geliştikçe, zanaatçılar başka dönüştür­meler de gerçekleştirerek çeşitli boyarmaddeler, ilaç­lar, sırlar, camlar, parfümler ve metaller ürettiler.

Kimyasal olgulara ilişkin ilk kuramsal açıklamalar, ge­nellikle büyü ya da mitoloji nitelikliydi. Eski Yunanlılar, daha önceki uygarlıklardan ve komşu uygarlıklardan miras aldıkları kimya uygulamalarına pek az şey ekle­mekle birlikte, zanaatçıların atölyelerinde ve çevrede gözlemledikleri dönüşümlere ilişkin kuramsal açıkla­maları derinleştirme başarısını gösterdiler. Değişmeyi evrensel bir olgu kabul ettiler; İ.Ö. VI. yy’da Heraklei- tos, görülebilen ya da görülemeyen şeyler arasında de­ğişmeyen bir şey olup olmadığını soruyordu.

Birçok eski Yunan filozofunun bu soruyu uzun süre tartışmalarından sonra, İ.Ö. IV.|yy’da Aristoteles, nere­deyse 2 000 yıl süreyle bilimsel düşünceye damgasını
vuracak bir kuram geliştirdi. Varsayımına göre, bir mad­de ve dört nitelik vardı; söz konusu nitelikler sıcak, so­ğuk, ıslaklık ve kuruluktu. İlk maddeye bu nitelikler ve­rilince, dört temel öğe (töz) oluşuyordu: Ateş (sıcak ve kuru), hava (sıcak ve ıslak), toprak (soğuk ve kuru), su (soğuk ve ıslak). Bütün maddi şeyler de, bu dört öğenin farklı bileşimleriydi. Bu arada eski Yunan filozofları, atom kuramını da ortaya attılar: Anaksagoras ve Empe- dokles, bütün maddelerin sonsuz ölçüde küçük “to- humlar”dan oluştuğunu, Leukippos ile Demokritos da, bütün maddelerin, boşlukta hızla ve rastgele hareket eden bölünmez atomların birleşmesinden oluştuğunu ileri sürdüler.

Kimya tarihinin sonraki önemli evresi olan simya, Mı­sır’da İskenderiye kentinde gelişti; Yunan felsefesinin, Doğu zanaatçılığının ve dinsel gizemciliğin çeşitli yön­lerini biraraya getiriyordu. Temel amaç, bayağı metal­leri altına dönüştürmekti. Nesturi göçmenler, Mısırlı za­naatçıların becerilerini IV. ve V. yy’larda Araplara öğ­rettiler. Arap biliminin altın çağında (VIII. – XI. yy’lar), Aristoteles’in düşüncelerinde değişiklikler yapıldı ve sodyum hidroksit, amonyum klorür gibi birçok önemli madde kimyasal uygulama alanına sokuldu. Arap sim­yasının, gizemci düşüncelerinin XI. – XVI. yy’lar arasın­da Sicilya ve ispanya yoluyla Batı Avrupa’ya taşınması­na, kimyasal işlemlerde gerçekleştirilen damıtma gibi ilerlemeler ve yeni metallerin, yeni bileşiklerin bulun­ması eşlik etti. Metalürji sanatı daha da gelişirken, XVI. yy’da Paracelsus, kimyasal maddelerin tıpta kullanımını başlattı.

XVII. VE XVIII. YÜZYILLAR

XVII. yy’ın başında, kimyanın bir bilim olduğu kabul edilmeye başlandı. Andreas Libavius’un ilk yöntemli kimya ders kitabı olan Alchemia (Simya) adlı yapıtı 1597’de yayınlandı ve simya, “ayıraçlar üretme, karı­şımlardan saf özütler elde etme sanatı” diye tanımlandı. Bu yüzyılda, hayvansal ve bitkisel maddelerin damıtıl-

«irtl. .wU                         ı/nni KilaciL’ o I /-J o or-Tılrli* C. onro Frnct

bir madde yakıldığı ya da bir metal paslandığı zaman, “flojiston” adı verilen varsayımsal bir maddeyi yitiriyor­du. Odunkömürü gibi kolay yanabilen maddelerin çok miktarda flojiston içerdikleri, flojistonun doğrudan doğruya pasa aktarılmasıyla metalin yenilenmesinin sağlanabileceği düşünülüyordu.

Teknikteki gelişme. Havalı teknenin ve terazinin bulun­ması, XVIII. yy’da kimyanın gelişmesini hızlandırdı. Ön­ceki yüzyıllarda, sıvılar ve katilar laboratuvarda zorluk çekilmeden ele alınmaya başlanmıştı; ama maddelerin ısıtılmasıyla oluşan gazlar, ancak hayvanların idrar ke­seleri kullanılarak incelenebiliyordu. Suyla ya da cıvay­la doldurulan ve içinde, ters çevrilip gene suyla ya da cı­vayla doldurulmuş bir kap bulunan havalı tekne, gazla­rın kolayca toplanmasına, taşınmasına ve incelenmesi­ne olanak sağladı. Joseph Black, havalı tekneyi kullana­rak karbondioksidi (1756), Kari Scheele (1772) ve Jo­seph Priestley (1774) de gene aynı aygıtla oksijeni bul­dular.

Antoine Lavoisier, XVIII. yy’ın sonunda, flojiston ku­ramını çürütmek, yanmanın, paslanmanın ve biyolojik solunumun gerçek niteliğini belirlemek için teraziyi et­kili biçimde kullandı. Cıva pasının ısıtılmasıyla oksijen açığa çıktığını ve belirli bir ağırlık yitimi olduğunu, oksi­jen ve cıva daha düşük bir sıcaklıkta ısıtılınca bu yitimin geri kazanıldığını gösterdi.

Kuramlardaki ilerleme. Lavoisier, bu deneylerle, yan­ma sürecinin, oksijen ile karbonlu maddelerin tepkime­ye girmesi sonucunda karbondioksit ve su oluşumu ol­duğunu, solunumun da biyolojik yanma olduğunu or­taya koymuş, daha genel olarak, kimyasal elementi, “ısıyla ya da kimyasal tepkimeyle daha basit maddelere ayrıştırılamayan madde” diye tanımlamıştı. Bileşik de, “iki ya da daha çok elementin belirli ağırlık oranlarıyla birleşmesi” diye tanımlandı. Bu yenilikçi anlayış, kim­yayı niceliksel bir temele oturttu. Buna göre, her ele­mente bir sayı ya da bileşim ağırlığı verilebilirdi; bu sayı

w-» A -ı tnm l/TtİTrı olomontln hiloclL’ rJı ıctı ırHı ıoı ı aoırlıaı
birleşmesinden ya da yeniden düzenlenmesinden kay­naklanıyorlardı. Bununla birlikte, değişken olan bileşim ağırlıklarını atom ağırlıklarından ayırt etmenin kesin yo­lu, aşağı yukarı 50 yıl boyunca bulunamadı. Üstelik, molekül ağırlığı, yani belli bir bileşiğin standart sayıdaki molekülünün ağırlığı da, kesin olarak belirlenemedi.

1. YÜZYIL VE XX. YÜZYIL BAŞI Yeni elementlerin bulunması ve sistemleştirilmesi. XIX. yy’ın ilk yarısında gün geçtikçe artan bir hızla yeni ele­mentler bulundu. Elektrolizin, yani bileşiklerin elektrik akımıyla ayrıştırılmasının bulunması, o döneme kadar ısıyla ya da kimyasal tepkimelerle ayrıştırılamayan bile­şiklerin parçalanmasını başlattı. Alkali metaller, toprak alkali metaller, silisyum ve halojenler laboratuvarda in­celendi. Michael Faraday, bir elementin eşdeğer ağırlı­ğını (bileşim ağırlığını) serbest bırakmak için gerekli akım miktarının bütün elementlerde aynı olduğunu gösterdi. Elektroliz, o dönemin kimyacılarının düşünüş­lerini derinden etkiledi ve Jons Jacob Berzelius atomla­rın birleşmesine ilişkin ikici ya da elektrokimyasal kura­mı tanımladı: Bütün atomlar ya artı ya da eksi yüklüdür­ler ve moleküller, karşıt yüklü atomlar arasındaki elek­trostatik çekimle oluşur.

Atom ağırlığı ile özgül ısının çarpımının bir değişmez olduğunu belirten (1819) Pierre Dulong ve A. T. Petit, bileşim ağırlıkları ile atom ağırlıkları arasındaki ayrım konusunda daha açık bir görüş ortaya attılar. Buna gö­re, bir elementin özgül ısısı belirlenince, yaklaşık atom ağırlığı elde edilebilir. Sonra, bileşim ağırlığının birtam- sayıyla çarpılmasıyla, kesin atom ağırlığı bulunabilir. Oksijene bağlanan söz konusu ağırlık kesin olarak belir­lendi ve bu hesaplamada kullanılan tamsayı, “elemen­tin değerliği” diye adlandırıldı. Yöntemi kullanan Ber­zelius, atom ağırlıklarını içeren bir çizelge oluşturmayı başardı.

Almanya’da Karlsruhe kentinde toplanan Birinci Uluslarası Kimya Kongresi’nde (1860), bileşim ağırlıkla­rı ile atom ağırlıkları arasındaki fark, daha iyi açıklığa ka­vuşturuldu. Stanislao Cannizzaro, Amadeo Avogad- ro’nun ileri sürdüğü, aynı sıcaklıktaki ve basınçtaki gaz­ların eşit hacimlerinde aynı sayıda molekül bulunduğu varsayımının, molekül ve atom ağırlıklarını belirlemek­te kullanılabileceğini gösterdi. 1869’da Dmitri Mende- leyev’in, 1871’de de Lothar Meyer’in periyodik çizel­geyi hazırlamaları, atom ağırlığı programının doruk noktasını oluşturdu; çizelge, çok sayıda elementi atom ağırlıklarına göre sistemleştiriyor ve fiziksel özellikleri ile kimyasal özellikleri arasında bağıntı kuruyordu. Mendeleyev, bu sistemleştirmeyi daha da ileri götüre­rek, çizelgesini, o zamanlar bilinmeyen üç elementin özelliklerini tahmin etmek için kullandı. Söz konusu elementler (galyum, skandiyum ve germanyum), sıra­sıyla 1875’te, 1879’da, 1886’da bulundu ve özellikleri­nin, Mendeleyev’in tahmin ettiği özelliklerle çarpıcı bir benzerlik sergilediği ortaya kondu. Daha sonra periyo­dik çizelge, Lord Rayleigh ve Sir William Ramsay tara­fından bulunan helyum, argon ve neon gibi soy gazları da kapsayacak biçimde genişletildi.

Kimyasal bağlanma kuralları. XIX. yy’ın ilk yarısında bir­kaç karbon bileşiği yalıtılıp, arılaştırıldı ve tanımlandı. Bunun üstüne, Berzelius’un ikici elektrokimyasal kura­mının, söz konusu bileşiklerin çoğunda rastlanan kim­yasal bağlanmayı açıklamakta yetersiz kaldığı anlaşıldı.

özellikleri, atom ağırlıklarıyla ilişkilidir. Mendeleyev, artan atom ağırlığına göre bir elementler çizelgesi düzenlediği zaman, benzer özellikler taşıyan elementlerin periyodik olarak yinelendiklerini fark etmiştir.

Elektronegatif bir element olan klorun, metan (CH₄) ga­zında elektropozitif bir element olan hidrojenin yerini alma yeteneği, bunu çarpıcı biçimde ortaya koydu. Du­rumu açıklamak için, köklerle ve türlerle ilgili bir kuram geliştirildi. CH₃ gibi belirli atom gruplarının (köklerin), kimyasal tepkimelerde birer birim gibi işlev gördüğü ve sözgelimi HCI’de, hidrojenin yerini aldığı varsayımı or­taya atıldı. HCI, “tür” diye adlandırılan şeyi temsil edi­yordu. Öbürtürlersu (HOH), amonyak(NH₃), hidrojen (H₂) ve metandı (CH₄). Böylece bir kök, sudaki bir hid­rojenin yerini alarak alkol, iki hidrojenin yerini alarak eter oluşturabiliyordu.

Kök ve tür kuramları, birçok bileşiği sistemleştirmesi­ne karşın, günden güne artan sayıda tür bulunmadıkça, bütün bileşikleri sistemleştiremiyordu. Bu dönemde atom ağırlığı, eşdeğer ağırlık ve molekül ağırlığı arasın­da açık bir ayrım yapılamaması, karışıklığı daha da artı­rıyordu. Ama türler kuramının ve metal organik bileşik­ler üstündeki incelemelerin ortaya koyduğuna göre, her atom yalnızca değişmez sayıda atomu ya da kökü bağlayabilirdi; sözgelimi hidrojen bir, oksijen iki, azot­sa üç atomu bağlayabilirdi. Ama Friedrich Kekule von Stradonitz ve A. S. Couper (1831-92), karbonun dört atomu bağlamakla kalmayıp, başka karbon atomlarına bağlanarak zincirler ve halkalar oluşturabildiğini ileri sürdüler. Böyle bağların sayısı, “elementin değerliği” diye adlandırıldı. Daha kolay anlaşılması için bu, ele­mentin taşıdığı “kanca” sayısı gibi düşünülebilir.

Değerlik kuramı, Aleksandr Butlerov tarafından, or­ganik kimyanın yapısal kuramının ortaya konmasınayol açtı. Bu kuram, bileşimi, molekül ağırlığı ve molekül formülü aynı, ama kimyasal özellikleri çok farklı olan metil eter ve etil alkol gibi iki bileşiğin (örnekte C₂H_sO) arasındaki farkları açıklamak için, bunları farklı yapısal formüllerle gösteriyordu (örnekte CH₃—O—CH₃ve C₂H₅—OH,-formüllerdekiçizgiler önemli değerlik bağ­larını gösterir).

jacobus van’t Hoff (1852-1911) ve Joseph Le Bel, 1874’te bu formülleri genişletip üç boyutlu yaparak ye­ni bir alan olan stereokimyayı başlattılar. Stereokimya, yapıları aynı, ama özellikleri farklı bileşikler (stereoizo- merler) arasındaki farkları açıklamakla kalmıyor, yaşam süreçlerinde önem taşıyan belirli bileşiklerin optik et­kinliklerini de açıklıyordu. Alfred Werner, stereokimya- nın ortaya çıkardığı düşünceleri çok geçmeden geçiş metallerinin karmaşık bileşiklerine uyguladı. XIX. yy’ın sonunda organik kimya, kapsamlı biryapı kuramına ka­vuşmakla kalmayıp, boyarmadde, parfüm, patlayıcı ve ilaç bireşimi için yeni yöntemler de geliştirmişti. Bu bi­reşimlerin başlangıç gereçleri, madenkömürü katranı

 

sanayisinden elde ediliyordu.

Fiziğin katkıları. XIX. yy’da kimyanın gelişmesi, meka­nik, elektrik, magnetizma, termodinamik ve optik ko­nularında önemli gelişmeler gerçekleştirilmiş olan fizik­ten büyük ölçüde bağımsızdı; bununla birlikte, iki alan arasında etkileşmeler vardı. Elektroliz ve kimyasal ba­taryalar (piller) elektrikle ilgiliydi. Bazı yeni elementler, özellikle Robert Bunsen tarafından, spektroskopiyle (“tayfgözlem”) saptandı. Sulu tuz çözeltilerinin elektrik iletkenliği, çözelti oluşturan tuzların yüklü parçacıklar halinde parçalandığını gösteriyordu. 1884’te Svante Arrhenius, elektrolitikle ayrışma kuramını geliştirdi. Yüzyılın ortalarında Germain Hess, Marcelin Berthelot ve julius Thomson, tepkime ısılarını ölçmek için termo­dinamiği kimyaya uyguladılar.| J.VVillard Gibbs Jr. hete­rojen dengelerin termodinamiğini geliştirdi ve evre (faz) kuralını belirledi (1876). Ayrıca istatistiksel meka­nik dalını geliştirdi.

Spektroskopiyle kimyasal çözümleme. Gazların içinden elektrik akımı geçirerek bunları spektroskopi (tayfgöz­lem) yöntemiyle çözümleme olanağı, çok önemli bir yeni çözümleme yöntemi oldu. Erimiş katiların ve sıvı­ların içinden elektrik geçirmek için kimyasal elektrik ba­taryalarının kullanılması, yeni elementlerin yalıtılmasını ve ikili molekül yapısı kuramının geliştirilmesini sağladı. Bununla birlikte, bir cam tüp içinde düşük basınçlı gaz sağlayacak verimli bir vakum pompası bulununcaya kadar, gazların elektrolizi gerçekleştirilemedi. Böyle bir gaza elektriksel potansiyel uygulandığında, gaz iletken duruma gelir ve spektroskopla (tayfgözler) çözümlene- bilen gözle görülür bir ışıma üretir.

Bu boşalım tüpünün geliştirilmesi, modern fiziğin ve kimyanın gelişmesinde temel etkenlerden biri oldu. Boşalım tüpünün içindeki elektrik yükü taşıyıcılarının hem artı (kanal), hem de eksi (katot) ışınlar içerdikleri saptandı. Artı ışınlar, boşalım tüpünde farklı gazlar bu­lunduğu zaman farklı iyonlaşmış atomlardan oluşuyor­du; ama katot ışınları, tüpte kalan gaz ne olursa olsun her zaman aynıydı. Sir Joseph John Thomson, 1897’de katot ışınlarının elektronlarolduklarını belirledi. Francis Aston, magnetik ve elektriksel alanları uygun biçimde düzenleyerek, bir kütle spektroskopu yaptı ve artı yük­lü ışınların iyonlarını atom ağırlıklarına göre ayırmakta kullandı. Bu yolla, farklı türdeki atomları birbirinden ayırma olanağının bulunmasının yanı sıra, bazı ele­mentlerin farklı ağırlıklarda atomlardan oluştukları da belirlendi (bunlara “izotop” adı verildi).

Boşalım tüpünden yayılan ışıma, görülür bir parla­madan oluşuyordu; bu parlama bir spektrografla (tayf- çeker) çözümlendiğinde, boşaltılmış boşalım tüpünde­ki gaz izlerine özgü ayrı tayf çizgileri gösteriyordu. En basit atom olan hidrojenin tayfının bile karmaşık görün­mesi şaşırtıcı bir sonuçtu: Dalga boyları büyük bir kesin­likle belirlenebilen bir dizi ayrı çizgiden oluşuyordu. Bu karmaşıklığın açıklaması aşağı yukarı kırk yıl sonra yapı­labildi. 1885’te Johann J. Balmer, hidrojenin görünür tayfındaki çizgiler arasında basit bir matematiksel ilişki bulunduğunu gösterdi. En uç morötesi (morüstü) ve kı­zılötesi (kızılaltı) bölgelerde de benzer bir ilişki saptan­dı. Böylece, hidrojen atomunun \ dalga boyundaki her tayf çizgisi, aşağıdaki tek formülle gösterilebildi.

1 _ / 1 1 \

çizgileri için de benzer bir formül bulundu.

Atomun yapısı. Niels Bohr, hidrojen atomuyla ilgili ku­ramını 1913’te ortaya attı. Bu kuram, hidrojen atomu­nun, çok büyük bir artı yüklü çekirdek ile çekirdeğin çevresinde belirli ayrı yörüngelerde (yörüngeler, “ku- vantum sayıları” denilen ve n harfiyle gösterilen tamsa­yılarla tanımlanır) dolaşan bir elektrondan oluştuğunu varsayıyordu. Bohr, atomun enerjisi ile elektronun yö­rüngesi arasında da bağıntı kurdu ve bu bağıntının r/ n²‘ye eşit olduğunu belirledi (burada r, elektron yörün­gesinin yarıçapıdır). Ayrıca, ışık yayımının ve soğuru- munun, atomdaki iki yörünge arasında gerçekleşen “kuvantum sıçramasıyla belirlendiğini savundu. Rydberg değişmezini (R), bilinen fiziksel değişmezler açısından tanımlamayı ve değerini birkaç yüzdelik nok­ta içinde hesaplamayı başardı. Sonradan basit Bohr ku­ramı, başka atomları da kapsayacak biçimde genişletil­di ve hidrojenle ilgili bir dizi kuvantum sayısı kullanıla­rak daha da geliştirildi.

Çok değerli yönlerine karşın, Bohr kuramının bazı eksikleri vardı; özellikle, kendi içinde tutarlı değildi. 1925’te Louis de Broglie, elektronların dalga özellikleri taşıdıklarını ileri sürdü. ABD’de Clinton Davisson ve Lester Germer, İngiltere’de de Sir George Thomson, elektronların billurlarla kırınımını göstererek bu savı doğruladılar. Erwin Schrödinger, kavramı geliştirerek, dalga mekaniğini kurdu; Paul Dirac, Werner Heisen­berg ve John von Neumann da dalga mekaniğini geliş­tirdiler. George Uhlenbeck ve Samuel Goudsmit tara­fından elektron dönüsünün (spin) bulunması, atom ve molekül yapısının anlaşılmasında çok büyük bir ilerle­me sağladı; magnetizma ve kimyasal bağlanma kuram­larını önemli ölçüde etkiledi. Wolfgang Pauli’nin 1925’te dışlama ilkesini, Heisenberg’in de 1927’de be­lirsizlik ilkesini tanımlamaları, yeni bir kuvantum kura­mının oluşturulmasını sağladı.

Gaz boşalımı tüpü de maddenin yapısı konusunda yeni bilgiler sağladı. 1895’te Wilhelm Roentgen, boşa­lım tüpünün yaydığı, maddelerin içinden geçebilen gö­rünmez bir ışımayı (X ışınımı ya da röntgen ışını) buldu. Bu ışımanın ayırıcı özelliklerini, boşalım tüpündeki elektrot belirliyordu. 1913’te Henri Moseley, her ele­mente özel bir tamsayının, yani atom sayısının verilebi­leceğini göstermek için X ışını spektroskopisinden ya­rarlandı ve atom sayısının çekirdekteki artı yüke eşit ol­duğunu, ayrıca elementin periyodik çizelgedeki konu­muyla da ilgisi bulunduğunu ortaya koydu. Böylece Bohr’un basit kuramı genişleyerek, karmaşık atomları da kapsamına aldı. 1916-1920 yılları arasındaki dö­nemde Gilbert Lewis, Walter Kossel, İrving Langmuir ve Nevil Sidgvvick, atomun yapısı konusundaki bu son düşüncelerden yararlanarak, değerlikle ilgili bir kuvan­tum kuramı geliştirdiler. Kuram, Linus Pauling, Erich Huckel ve Henry Eyring tarafından daha da geliştirildi.

XX. yy’ın ilk yarısında, çekirdekle ilgili uzun erimli buluşlar yapıldı. Boşalım tüpünün yaydığı ve maddeler­den geçebilen ışımayla dolaylı ilgisi bulunan deneyle­riyle Antoine Becquerel, bütün uranyum tuzlarının bu tür ışınım yaydıklarını buldu. Buluşu, radyoaktiflik (ışı­netkinlik) çağını başlattı. Marie ve Pierre Curie, radyo­aktif polonyum va radyum elementlerini buldular. Sir Ernest Rutherford, doğal radyoaktiflik konusunda “ken-

Alman fizikçisi Wilhelm Conrad Roentgen, 1895’te X ışınlarını bulmuş ve 1901 ‘de ilk Nobel Fizik Ödülü’nü almıştır. Buluşu, bilim adamlarına atomun yapısına ilişkin

araştırmalarını genişletme olanağı sağlamıştır.

nükleer kimyanın başlamasını sağladı. 1932’de Sir ja- mes Chadwick’in nötronu bulması, İrene ve Frederick Joliot-Curie’nin yapay radyoaktifliği bulmasına, uran- yumötesi elementlerin bireşiminin yapılmasına ve çe­kirdek bölünmesinin (fisyonun) gerçekleştirilmesine yol açtı. Periyodik çizelge, Glenn Seaborg tarafından 103 atom sayısına kadar, karşımaddenin bulunmasıyla da eksi atom sayılarına kadar genişletildi. Çizgelgedeki boşluklar, gün geçtikçe artan sayıda izotopla doldurul­du.

YAKIN DÖNEMLERDEKİ GELİŞMELER inorganik kimya. İkinci Dünya Savaşı’nda yapılan araş­tırmalar, inorganik (ya da anorganik) kimya alanında gerçekleştirilen önemli ilerlemelerin itici gücü oldu. Atom silahı ve nükleer enerji projeleri nedeniyle, uran­yum ve uranyumötesi elementlerle, flüor bileşiklerinin kimyasıyla, zirkonyum gibi yakıt elementi bileşenleri­nin metalürjisiyle ilgili araştırmalar yoğunlaştı. Çekirdek bölünmesiyle (fisyon) oluşan ender toprak elementleri, kromatografi yöntemiyle arı halde ayrıştırıldı ve kimya­sal incelemelerde’kullanıldı. Neil Bartlett, soy gazlar­dan bileşikler elde etti.

Günümüzde modern elektronik, inorganik kimyaya büyük ölçüde bağımlı duruma gelmiştir. Katı hal aygıt­larının yerini vakum tüpleri almış, vakumun yerine son derece saf katı matris kullanılmaya başlanmıştır. Ger­manyumun, silisyumun ve başka yarıiletkenlerin tek billurlarının oluşturulması, bir sanayiye dönüşmüştür. Renkli televizyon ekranlarında, güneş pillerinde, lazer­lerde, ışıliletkenlerde, fotokopi işlemlerinde ve ısılelek- trik aygıtlarında bileşik, yarıiletkenler kullanılmaktadır. Modern bilgisayarlarda, ses ve görüntü kaydedici aygıt­larda, bilgileri depolamak için magnetik gereçler kulla­nılmaktadır. Mikroelektronik alanı, tek billur yongalar üstünde çok saf filmler oluşturmak için inorganik kimya tekniklerinden yararlanmaktadır.

“Karmaşık bileşikler” diye adlandırılan inorganik bi­leşikler grubunun, klasik değerlik bağlarının yanı sıra, düzenleşim bağlarıyla birleşmiş atomlar ya da atom grupları içerdiği de bulunmuştur. 1891’de Alfred Wer­ner, butüraminleri, hidratları, çift siyanürleri, çift tuzlan sınıflandırmış ve bu atom gruplarını birleştiren ikincil bağların varlığını öngörmüştür. 1920 yıllarında Nevil Sidgwick, merkezdeki bir alıcı atom (çoğunlukla bakır gibi bir geçiş elementi) ile amonyak ya da klorür iyonu gibi belirli sayıdaki verici molekülleri göz önüne alarak, Werner’in kuramını yeniden tanımlamış, ikincil değer­lik bağı, elektron çiftleri içeren bir düzenleşim bağı ola­rak gösterilmiştir. Karmaşık bileşiklerin stereokimyası, izomerliği ve optik özellikleri geniş biçimde incelen­miş, vericinin bir organik kök olduğu organometalik bi­leşikler, XX. yy’ın ortalarında yoğun biçimde araştırıl­mış, inorganik ve organik bileşikleri birbirine bağlayan yeni bir kimya geliştirilmiştir. Polimerler, plastikler (sili­konlar), yükseltgenme gidericiler, böcek ve zararlı ot öldürücü tarım ilaçları gibi organometalik bileşikler ge­niş bir kullanım alanı bulmuşlardır. Ayrıca, hidrojenle- me ve polimerleştirme işlemlerinde katalizör olarak da kullanılmaktadırlar.

XX. yy’da, yapısal belirleme için birkaç teknik gelişti­rilmiştir. Bunların en önemlisi, X ışını kırınımıdır. Max von Laue, bir tek billurun (çinko sülfür billurunun) kırı­nım biçimini ilk olarak 1912’de elde etmiş, Von Laue, William H. Bragg ve oğlu William L. Bragg, bu kırınım biçimlerinin, billurdaki atom dizilişini belirlemekte kul­lanılabileceğini göstermişlerdir. Gaz moleküllerinin ya­pısı, elektron kırınımıyla, kızılötesi spektroskopisiyle ve mikrodalga spektroskopisiyle belirlenmiş, moleküller içindeki elektrik yükü dağılımı, maddelerin dielektrik özelliklerinden çıkarsanmış, magnetik ölçümlerden de önemli yapısal bilgiler elde edilmiştir. E. K. Zavoiski’nin 1945’te bulduğu paramagnetik elektron yankılaşımı, geçiş elementlerinin inorganik kimyasında ve köklerin incelenmesinde önemli bir araştırma tekniği olmuştur. Organik kimya. Organik kimya da XX. yy’da hızla geliş­ti. İkinci Dünya Savaşı’ndan önce organik kimya kömür katranı sanayisine dayanırken, savaştan sonra petrol, başlıca organik bileşik kaynağı oldu. Plastik, lif ve çözü­cü sanayileri için petrokimya sanayisi ürünleri, binlerce tonluk partiler halinde üretildi. Değerli yeni ilaçların bi­reşimi yapıldı: Paul Ehrlich salvarsanın ( 1909) Sir Robert Robinson tropinonun (1917) ve antosiyaninlerin (1931), Sir Walter Haworth, E. L. Hirst ve Thadeus Re­ichstein C vitamininin (1933), Robert Woodward kar­maşık alkaloyitlerin, Lord Alexander Todd nükleotitle- rin ve koenzimlerin, Gerhard Domank ilk sülfa ilacı olan prontosilin(1932), J. Trefoel sülfanilamitin (1936) bireşimini gerçekleştirdiler. Antibiyotik penisilin, 1957’de laboratuvarda elde edildi.

Organik kimyada yapısal belirlemeyi ve çözümle­meyi, modern teknikler kolaylaştırmıştır. Morötesi, gö­rünür tayf ve kızılötesi spektroskopisi, X ışını kristalo- grafisi, kütle spektrometrisi, magnetik yankılaşım spekt- rometrisi, söz konusu tekniklerin başlıcalarıdır. Çeşitli kromatografi yöntemleri, karmaşık karışımların ayrıştı- rılmasını kolaylaştırmıştır.

Fiziksel kimya. Fizik ile kimyanın kesiştiği alandaki bir dal olan fiziksel kimya, kimyasal maddelerin makro özelliklerini ve basınç, sıcaklık, ışık, elektrik gücü, mag­netik güç koşulları altında uğradıkları değişiklikleri ince­ler. Bir çözücü içinde erimenin (ya da kimyasal tepken- liğin) neden olduğu değişiklikleri de araştırır. Fiziksel kimyanın ayrı bir bilim olarak tanınmasına, Wilhelm Ostwald katkıda bulunmuştur.

XX. yy’da özel olarak incelenen konular arasında, İr- ving Langmuir’in incelediği gazların yüze tutunması, Giulio Natta ve Kari Ziegler’in inceledikleri kataliz, Sir Cyril Hinshelwood ve Nikolay Semenov’un inceledik­leri kimyasal tepkimelerin kinetiği sayılabilir. Gazlara ilişkin kinetik kuramı, sıvı hal, çözelti kuramı, elektro- kimya ve termodinamik, Lars Onsager tarafından ince­lenmiş, İlya Prigogine, evre dengesi ve ışılkimya alanları ile maddelerin elektriksel ve magnetik özelliklerini araştırmıştır. “Üstüniletkenlik” adı verilen düşük sıcak- lıkolgusunun ilkolarak 1911’de gözlenmesinden sonra gerçekleştirilen gelişmelerle, 1980 yıllarında bilim adamları, nispeten yüksek sıcaklıklarda üstüniletken olan maddeler bulmuşlardır.

Kimyasal fizik. XX. yy’ın ikinci üçte birlik bölümünde,

kimyasal fizik, yeni bir bilim dalı olarak ortaya çıkmıştır. Kimyasal fiziğin fiziksel kimyadan ayrıldığı nokta, farklı kimyasal maddelerin mikroskopik özellikleriyle (tayf­lar, X ışını yapıları, mikrodalga spektroskopisi, magnetik yankılaşım incelemesi) ilgilenmesi ve ulaştığı sonuçları, atom ve molekül kuramları açısından yorumlamasıdır. Bu yorumlar, kuvantum kuramını temel alır.

Analitik kimya. Çözümlemede kullanılan standart ağır­lık ve hacim ölçüm işlemlerinin yerini XX. yy’ın son yarı­sında araçsal yöntemler almıştır. Günümüzde uygula­nan kimya öğretimi programında, söz konusu klasik çö­zümleme tekniklerinin öğretimi çok az yer tutar. Birkaç miligram ağırlığındaki örneklerin çözümlenmesine ola­nak sağlamak için1917’deFritz PregTingeliştirdiğimik- roteknikler, mikrokimyanın gelişmesinde ilk aşamayı oluşturmuştur: Günümüzde bu dal, nötron etkinleştir­me, kütle spektrografisi ya da flüorışıl spektrometri yön­temlerini kullanarak yalnızca 100 atomu bile inceleye­bilmektedir. X ışını soğurum spektrometresi, araştırma­cılara, kimyasal maddelerin atom ve molekül yapılarını aydınlatma olanağı sağlamıştır. Bilim adamları, madde­yi atom düzeyinde ele almak için, bir tür elektron mik- roskopu olan tarayıcı tünelli mikroskopu kullanmakta, hızlı kimyasal tepkimelerin ayrıntılarını gözlemlemek için, kısa süreli ışık atımları yayan lazerlerden yararlan­maktadırlar.

Özet olarak, günümüzde kimya, deneysel çalışma­larda karmaşık araçlar kullanan, sonuçlan yorumlarken son derece gelişmiş bir kuramsal yaklaşımı benimseyen ve dünya ekonomisinin her kesimini etkileyen son de­rece gelişmiş bir bilim dalı haline gelmiştir.

kimya, fiziksel

Kimya biliminin temel alt bölümlerinden biri (öbür bö­lümler analitik kimya, organik kimya, inorganik kimya ve biyokimyadır). Fiziksel kimya, maddenin yapısını ve fiziksel ya da kimyasal dönüşümler sırasında ortaya çı­kan enerji değişikliklerini inceleyerek, kimyasal göz­lemleri kuramsal bir temele oturtmaya ve kimyasal tep­kimeleri önceden kestirmeye çalışır. Adından da anlaşı­lacağı gibi, maddenin niteliğini inceleyen kimya ile enerjiyi inceleyen fiziğin kesişme alanında sayılabilir.

Fiziksel kimya terimi XVIII. yy’dan bu yana kullanıl­makla birlikte, uzmanların çoğu, bir kimya alt dalı ola­rak fiziksel kimyanın, 1887’de Wilhelm Ostwald’in Ze­itschrift für Physikalische Chemie’y\(Fiziksel Kimya Dergisi) kurmasıyla doğduğunda görüş birliğindedirler.

1900’e kadar, Alman üniversitelerindeki kimyacılar, fiziksel kimyada ağırlıklı rol oynadılar. Elektrolitlerin çö­zeltiler içinde ayrışması konusunda Svante Arrheni- us’un çalışmaları, Jacobus van’t Hoff’un çözelti incele­meleri, Walther H. Nernst’in elektrokimya ve termodi­namik konusundaki çalışmaları, fiziksel kimya araştır­malarının ilk evresini oluşturdu. Bu ilk evre araştırmala­rını yapanların öğrencileri başka ülkelere yerleştikçe, fi­ziksel kimya da, kimya biliminin temel bölümlerinden biri haline geldi.

1. yy’da fiziksel kimyanın kapsamı genişlemiştir; günümüzde, kimyasal dengenin, yapının ve değişikli­ğin bütün yönleriyle fiziksel kimya kapsamına girdiği düşünülmektedir. Kimyasal sistemlerin gün geçtikçe daha kesin olarak ölçülmesi ve bu gözlemleri yeterince açıklamak için modeller ve kuramlar önerilmesi de, fi­ziksel kimyanın kapsamındadır. Fiziksel kimya, kimya­sal sistemleri ve geçirdikleri değişiklikleri tanımlamak için, yaklaşık 50 yıldan bu yana gün geçtikçe artan bir biçimde, karmaşık matematik ve istatistik yöntemlerin­den yararlanmaktadır. Günümüzde bilgisayar, birçok alandaki araştırmaların temel öğelerinden biridir.

Fiziksel kimya, maddelerin (katı ya da başka türlü) yı­ğışım durumları, bu durumların özellikleri, sürdürülme­lerinde rol oynayan güçler, bir durumdan öbürüne ge­çişler, farklı evrelerin kesişme alanında oluşan özellik­ler ve tepkimeler (sözgelimi, yapışma kimyası) gibi çe­şitli bağımsız konular üstünde yoğunlaşmıştır. Fiziksel kimyacılar, maddenin bileşenlerinin atom ve molekül ölçeğinde düzenlenişini, atomların temel parçacıkları arasındaki güçleri, büyük moleküllerin ve karmaşık iyonların geometrisini ortaya çıkaran kimyasal bağları ve öbür güçleri incelemektedirler. Fiziksel kimyanın yoğunlaştığı başka bir alan da, kimyasal kinetik ve den­gedir. Bu alan, atom düzeyinden molekül düzeyine ka­dar tepkimelerin hızlarını, bu hızları etkileyen etmenle­ri ve tepkimeleri denge durumuna getiren güçleri ele alır; kimyasal sistemler için geçerli olan termodinamik yasalarını inceler; bu incelemelerde, tepkimeler sıra­sında açığa çıkan enerji ile bu enerjinin yararlı işe çevril­mesine özel bir ilgi gösterilir. Çözeltilerin fiziksel ve kimyasal özellikleri ile özelliklerde yer alan parçacıklar arasındaki güçler de, temel inceleme konuları arasın­dadır.

Sözü edilen konuların tümü, temel fiziksel ve kimya­sal özellikler ile değişiklikleri ayrıntılı bir matematiksel yaklaşımla ele alan kuramsal kimya kapsamında sınıf­landırılabilir. Fiziksel kimya, daha birçok uzmanlık ala­nına da ayrılır. Sözgelimi, reoloji, maddenin biçimsel bozulmasını ve akışını inceler. Elektrokimya, sıvı halde­ki ya da çözeltiler içindeki iyonları inceler (çünkü bun­lar, uygun koşullar altında tepkimeye girerek elektrik enerjisi açığa çıkarır ya da dış kaynaklı bir elektromotor gücün etkisiyle tepkimeye girerler). Işılkimya, ışık ile maddenin etkileşmelerini ve farklı enerjili fotonların atomlar ve moleküller tarafından soğurulması sonu­cunda oluşan dönüşümleri ele alır. Polimer kimyası, yi­nelenen birimlerin oluşturduğu makromoleküllerin (kauçuğun, plastiklerin ve yapay liflerin) oluşumunu, yapısını ve özelliklerini inceler. Bununla birlikte, bazı bilim adamları fiziksel kimyayı böyle ayrı alanlara böl­meye çalışmak yerine, genelde bütün kimya alanlarına yönelik temel bir yaklaşım olduğunu ileri sürmektedir­ler.

kimyasal bağ

Ayrı atomların, elektron paylaşımı ya da aktarımı yoluy­la bir molekül oluşturmak için biraraya gelmesi. Kimya­sal bağlar, etkileşmelerin niteliğine bağlı olarak, zayıf ya da güçlü olabilir. Bileşiklerin çoğunun fiziksel ve kimya­sal özellikleri, büyük ölçüde, bu bağlanma güçlerinden ileri gelir.

iyon bağı, iki ya da daha çok atom birleşerek molekül oluşturduğunda, var olan elektronlar için bir yarışma başlar ve sonuçta bir ya da daha çok elektron aşağı yu­karı tam olarak aktarılır. Geriye kalan yüklü atomlar, ek­si yüklü anyonlar ile artı yüklü katyonlar arasındaki elek­trostatik güçlerle sağlam biçimde bağlanır. İyon bağının oluşması için, “iyonlaşma” adı verilen süreçle bir atom­dan bir elektronun uzaklaşması gerekir; bunun için ge­rekli enerjiye, “atomun iyonlaşma potansiyeli” adı veri­lir; öbür atom bir elektron kazanır ve elektron kazanma yeteneğine, “elektron ilgisi” denir. Sözgelimi, sodyum ve klor atomları biraraya geldiğinde, sofra tuzu (NaCI) oluşur; bu olay, daha doğru olarak Na⁺ Cl’ biçiminde gösterilebilir.

iyon bağı, tuzlar gibi inorganik bileşiklerde yaygın-

 

dır: Bunlarda yükler, nispeten küçük iyonlara kolayca yerleşebilir. Daha karmaşık katilarda, iyonlar üçboyutlu düzenlemeler oluşturur; bunlarda temel bir çatı, billur­larda çok açık olarak gözlenen yapıları oluşturmak için yinelenir. Tek bir anyon birkaç komşu katyon tarafın­dan paylaşılabilir; böylece oluşan yığışım ağı, çok basit örgülü yapılara yol açar. İyon bağları nispeten güçlü ol­duğu için, bu bağları içeren katilar genellikle sağlam ge­reçlerdir; belirli dilinme biçimleri vardır; ergime nokta­ları yüksektir.

İyon bağı, var olan elektronlar için girişilen yarışma­nın sonucunda oluşur. Bu özelliğin pratik bir ölçüsü, “atomun elektronegatifliği” diye adlandırılır. Bu konu­da birkaç göreli ölçek önerilmiştir; bunların tümü, her atomun elektron ilgisi ile iyonlaşma potansiyelini karşı­laştırır. Linus Pauling’in geliştirdiği başka bir yöntem­deyse, bir atomun bir dizi bileşik içindeki bağlanma enerjileri ve o atomun kendisiyle bağlanma enerjisi kar­şılaştırılır.

Elektronegatifliği yüksek bir element, genellikle, kimyasal bağ oluştururken bağlanan elektronlardan da­ha çok pay alır. Belirli bir bileşikteki atomların elektro- negatiflikleri arasında büyük uyuşmazlık varsa, eşitsiz paylaşım sonucunda bir ya da iki elektron bütünüyle aktarılabilir ve bir iyon bağı oluşabilir.

Ortaklaşma bağı. Elektronları bağlamak için girilen ya­rışma, iyon bağında olduğu kadar şiddetli değilse, atomların varolan dış elektronları paylaşılır ve bir ortak­laşma bağı (“ortak değerlikli bağ” ya da “kovalent bağ” da denir) oluşur. Kolayca katkıda bulunan dış elektron­lar, değerlik elektronları diye adlandırılır. Sözgelimi, her birinin değerliği bir olan iki hidrojen atomu birleşe- rek iki atomlu H₂‘molekülünü oluşturabilir; paylaşılan iki elektron, tek bir ortaklaşma bağı oluşturur. İki atom birbirine yaklaştıkça, atomlardan birinin elektron bulu­tu, öbürünün artı yüklü çekirdeğinin çekim gücünü “al­gılar”. Atomlar arasındaki kısa uzaklıkta, bu çekim, artı yüklü iki çekirdeğin ve iki elektron bulutunun itmeleriy­le karşılaşır. Dengelenmenin en çok olduğu noktada, istenen ayrılma gerçekleşir ve bu uzaklık, çekirdeklera- rası denge uzaklığına ya da bağ uzunluğuna eşittir. H₂‘de bu ayrılma uzaklığı 0,74 angströmdür (1 angs­trom = 10‘¹⁰ metredir). Ayrılan atomların enerjisi (ge­nellikle 0 olarak alınır) ile H/nin dengelenme enerjisi arasındaki fark, bağ enerjisidir ve her mol için 435i kilo- jouledir (kj/mol).

Genel olarak, atomların elektron dizilişlerinde, or­taklaşma bağına katılan svepyörüngeleri(yadayörün- gemsileri) bulunur; ama bu katılımın oluşabilmesi için, atomların elektronegatiflikleri arasındaki fark, iyon ba­ğına yol açacak kadar büyük olmamalıdır. Birçok kararlı bileşik, değerlik kabuğundaki açıklıkları doldurmak için elektronların paylaşılmasıyla oluşur; iki elektron, bir s yörüngesini ve altı elektron, üç pyörüngesini doldurur. Bileşiğin her atomunda toplam 8 olan kapasiteye ulaşı­lırsa, “sekizli kuralı” denilen kurala uyulur. Sözgelimi, flüor atomunun 7 değerlik elektronu vardır ve iki atom­lu F₂ molekülünde bir elektronu da paylaşarak 8 elek­tronlu kapalı kabuk düzenlenişini sağlar.

Birden çok elektron çiftinin paylaşıldığı çoklu bağlar da oluşabilir. Değerliği 6 olan oksijen atomu, iki elek- tron çiftim paylaşarak sekizli kuralına uyar. Azot mole­külü (N₂), 3 elektron çiftinin paylaşıldığı üç\ü bağ oluşu­muyla gerçekleşir. Ortaklaşma bağları, özellikle çoklu bağlanma gerçekleştiğinde, nispeten güçiüdürler ve bu maddelerin artan kimyasal kararlılığı dikkat çekicidir. Büyük hacimdeki maddenin fiziksel özellikler», çok da­ha zayıf olan moleküllerarası güçler tarafından denetle­nir; dolayısıyla, ortaklaşma bileşiklerinin çoğununeri­me ve kaynama noktaları düşük ya da orta derecede­dir.

Periyodik çizelgedeki daha ağır elementlerde, |d elektronları da bağ oluşumuna katılabilir; bu durumda değerlik kabuğu genişleyerek sekizli sınırını aşar. Söz­gelimi, kükürt heksaflüorürde (SF₆), altı S-F bağı vardır ve merkezdeki kükürt atomu altı elektron çiftini payla­şır. Birçok durumda, tek biratom, başka biratomun boş yörüngesine tam bir elektron çifti verebilir. “Düzenle- şim ortak bağı” denilen bu tür bağlar, geçiş metali bile­şiklerinin ve karmaşık bileşiklerin kimyasında yaygındır.

Ayrıca bazı bağları, “iyon ortaklaşma bağı” diye ad­landırmak uygun olur; çünkü elektronların paylaşılma­sına karşın, bileşikteki atomların elektronegatiflikleri arasındaki fark, paylaşmanın eşitsiz olmasına yol açar. Atomlardan biri elektronları yanına çektiği için hafifçe negatif yüklü, öbür atomsa hafifçe pozitif yüklü olabilir. Küçük yüklerin bu biçimde ayrılması, moleküler çift ku­tup momentine yol açar ve kutupsal bağla sonuçlanır. Hidrojen klorürde(HCI), klor atomu daha elektronega­tiftir ve kısmen eksi yüklüdür. Hidrojen atomuysa kıs­men artı yüklüdür. Elektron tam olarak aktarılmadığı halde, artan iyon özelliği, bağın nispeten güçlü olmasını sağlar.

Metal bağı. Periyodik çizelgedeki metalik elementlerin iyonlaşma potansiyeli nispeten düşük olduğu için, elek­tronlar kolayca uzaklaştırılırlar ve metalik katiların ço­ğunda hareketlidirler. Bunun sonucu olan artı iyonlar, genişlemiş bir üçboyutlu diziliş içinde yer alırlar; ama elektronlar yöresizleşir. Bu maddelerin yüksek ısı ilet­kenliği, dayanıklılık, yüksek kaynama noktası, yüksek yoğunluk, renk veelektrik iletkenliği gibi özelliklerinin birçoğu, hareketli elektronlardan kaynaklanır. Yalnızca birkaç iyon yığışması şeması uygulanabilir ve X ışını çö­zümlemesi, metal iyonlarının genişlemiş örgülü yapı içinde kazandığı bağ uzunlukları ve geometrik şekiller konusunda ayrıntılı bilgi sağlar. Basit küp biçimi şekiller, ortada başka bir iyonun bulunduğu küp biçimi şekiller ve altıgen yığışma, en sık rastlanan şekillerdir. Metal ala­şımları, erimiş haldeki metallerin karıştırıldıktan sonra dikkatlice soğutulmasıyla elde edilir. Bu yolla oluşan gereçlerin özellikleri, bileşenlerinin özelliklerinden ge­nellikle çok farklıdır.

Van der VVaals bağı. Kapalı kabuklu iki kararlı molekül de, “Van der Waals” güçleri ve “London güçleri” adı verilen zayıf güçler aracılığıyla etkileşmeye girebilir. İki molekülün elektron bulutları etkileştiğinde zayıf bir it­me ortaya çıkar; “Van der VVaals gücü” adı verilen bu dengesizleştirici etkileşme sonucunda, elektron dağılı­mı kısa süre bozulabilir ve anlık (kalıcı olmayan) bir çift- kutup momenti oluşabilir. Bu geçici çiftkutuplar (Lon­don güçleri) etkileştiğinde, “Van der VVaals” itmesini alt edebilen küçük çaplı bir dengesizleşme geçekleşir ve zayıf, kimyasal olmayan bir bağ oluşur. Bu bağlanma biçimi, en çok, kapalı kabuklu ender gaz atomlarının etkileşmelerinde ve küçük moleküllerin düşük sıcaklık­larda birleşimsel bağlanmasında önem taşır. Bu bağ za­yıftır (gücü genellikle ortaklaşma bağının binde biri ka­dardır). Sıvı azot ve helyum gibi düşük sıcaklıklı kriyoje- nik maddelerin ya da bunların daha da düşük sıcaklıkta­ki katı hallerinin özellikleri, bu tür zayıf etkileşmelerden kaynaklanır.

Hidrojen bağı. Birçok ortaklaşma molekülünde bulu­nan çiftkutup momentlerinin etkileşmesinin yol açtığı zayıf çekim güçleri, kararlılaşmaya ve birleşimsel bağ­lanmaya neden olabilir. Su (H₂0) ya da amonyak (NH₃> gibi moleküllerdeki hidrojen atomları, ikinci bir bileşik­te bulunan oksijen ya da azot atomlarının üstündeki yalnız elektron çiftleri gibi eksi yüklü bir merkezle etki­leşmeye girebilirler. Etkileşme enerjileri, tipik olarak, bir ortaklaşma bağının enerjisinin yalnızca % 5’i kadar­dır; ama birçok fiziksel ve kimyasal süreç açısından çok önemlidir. Sözgelimi, suyun ve buzun yapısı, “hidrojen bağı” denilen bu bağların karışık etkileşmelerinin sonu­cudur. Buz, gerçekte, sıcaklığa ve uygulanan basınca bağlı olarak birçok farklı billur yapısı oluşturur; bu çeşit­lilik, karmaşık hidrojen bağı şekillerinin farklı biçimler­de düzenlenebilmesinden ileri gelir. Çoğunlukla biyo­kimyasal sistemlerin yapıları da kısmen, hidrojen bağı etkileşmelerinin sonucu olarak belirlenir; bu, DNA’da özellikle belirgindir. Ortaklaşma bağıyla bağlanmış bir­çok kutupsal bileşiğin erime ve kaynama noktaları, hid­rojen bağlarını kırmak için ek enerji gerektiğinden, anormal derecede yüksektir.

Bağ uzunlukları ve bağ enerjileri. Çeşitli bileşiklerin yapısal özellikleri ve kimyasal kararlılıkları, bağlarının güçlerini yansıtır. Bir dizi ortaklaşma bileşiği içinde, bağ gücü, genellikle, “bağ düzeni” diye adlandırılan bağla­rın sayısıyla ilgilidir. LJçlü bağlar genellikle çift bağlar­dan daha güçlüdür; tek bağlarsa, ikisinden de zayıftır. Çekirdeklerarası uzaklık ya da bağ uzunluğu, genellikle bir bağıntı eğilimi gösterir; bağ uzunluğu azaldıkça bağ güçlenir.

Molekül yörüngesi kuramı. Ortaklaşma bağlarında pay­laşılan elektronlarla ilgili tablo, bağ oluşumu ve enerjisi konusunda niceliksel ilişkiler geliştirmek için yararlı ol­makla birlikte, daha genel ve gerçekçi bir yaklaşımda, kuvantum mekaniğinden yararlanılır. Bütün atomların değerlik elektronları, bileşiğin bağ özelliğine katkıda bulunur ve bütün molekül için bir dizi enerji düzeyi, atom yörüngelerinin basit tasarımlarından yararlanıla­rak yaratılabilir. Nitekim, 5 yörüngeleri, H₂‘de bağlan­mayı sağlayan molekül yörüngesinin oluşumuna katkı­da bulunabilir; atom yörüngeleri yıkıcı bir katkıda bulu­narak, bağlanmada kullanıldığında kararlılığı ortadan kaldıran başka bir molekül yörüngesi oluşturabilir; vb. Böyle bir yaklaşım, farklı atom yörüngelerinin karışarak eşdeğer yörüngeler oluşturduğu durumlarda özellikle yararlıdır. “Melezleşme” adı verilen bu olgu, çok atom­lu moleküllerinibağlanma şemalarında önemjtaşır.

Birçok sistemde, paylaşılan elektron tablosunu oluş­turmak güçtür; çünkü bütünsel olmayan bağ düzenleri, bağlanma olayını daha kolay tanımlamaktadır. Ben­zende (C₆H₆) her karbon, hidrojenle bir elektron çiftini, komşu iki karbonun her birisiyle de birer elektron çiftini paylaşır. Geriye kalan altı değerlik elektronu, sanki her karbon atomu çiftinin arasında başka bir yarım bağ var­mış gibi, benzen halkasının çevresinde paylaşılır ya da yöresizleşir. Bu yöresizleşmiş elektron tasarımı, altı kar- bon-karbon bağının tümünün aynı uzunlukta olduğu ve bağ uzunluğunun, karbon- karbon tek bağlan ile çift bağları için beklenen uzunluklar arasına düştüğü yolun­daki gözlemle uyuşmaktadır. Rezonans (yankılaşım) yapılarının çoğunlukla, birbiriyle alışverişe girebilen al­maşık tek ve çift bağlan tanımladığı kanıtlanmış olmakla birlikte, bu yalnızca, yöresizleşmiş elektronlara ilişkin şematik birgörüştür. Basittekyadaçoklu bağları bulun­mayan moleküller ele alınırken, rezonans yapılarının kullanılması yararlı bir tekniktir.

kimyasal bileşik

İki ya da daha çok elementin kimyasal bağlarla birleşe- rek oluşturduğu madde. Kimyasal bileşik, kimyasal tep­kime yoluyla oluşturulabilir ya da parçalanabilir; ama kromatografi gibi mekanik ya da fiziksel ayrıştırma tek­nikleriyle oluşturulamaz ve parçalanamaz. Kimyasal bi­leşiğin en küçük birimi moleküldür; bununla birlikte, molekül her zaman bir kimyasal bileşik değildir; bazen aynı elementin atomlarından da oluşur. Sözgelimi, su molekülü (H₂0) bir bileşiktir; ama oksijen gazı molekü­lü (0₂) kimyasal bileşik değildir.

Elementler, belirli bir bileşik oluşturduklarında birey­sel özelliklerini yitirirler. Sözgelimi, tepkimeye girme özelliği çok yüksek bir metalsi element olan sodyum (Na) ve zehirli bir gaz olan klor (Cl) birleşerek, beyaz billurlu bir yapı olan sofra tuzunu (NaCI) oluştururlar. Kimyasal bileşiklerdeki elementler her zaman belirli oranlarda birleşir; sözgelimi, su molekülü (H₂0) iki hid­rojen atomu ve bir oksijen atomundan, hidrojen perok­sitse (H₂0₂), iki hidrojen atomu ve iki oksijen atomun­dan oluşur. Buna karşılık, bir karışımı oluşturan madde­ler değişken oranlardadır ve her madde kimliğini korur. Karışımı hazırlamak ya da ayrıştırmak için kimyasal tep­kime gerekmez. Hava, buzlu çay ve çimento, karışım­lara örnek gösterilebilir.

Elementlerin bileşik oluşturma yollarını tanımlamak­la ve ölçmekle uğraşan kimya dalı, “stokiyometri” diye adlandırılır. Kimyasal bileşiklerin yapısını tanımlarjıak için, kimyasal simgeleme sisteminin standart biçimleri kullanılır (Bk. KİMYASAL SİMGE). Stereokimya alt da­lıysa, kimyasal bileşiklerin olası üçboyutlu düzenlenişi­ni tanımlar. Canlı organizmalarda kimyasal bileşiklerin ortaya çıkması ve parçalanması olgusu, “metabolizma” diye adlandırılır.

kimyasal bileşim yasaları

XIX. yy. başlarında ortaya konan, kimyada nicel ölçüm- lemenin ilk kez kullanılmasının sonuçlarından biri olan yasalar.

1799’da Joseph Proust, belirli oranlar yasasını (“de­ğişmez bileşim yasası” da denir) ortaya atmıştır. Buna göre bileşikler, nasıl elde edilirlerse edilsinler, her za­man belirli ve değişmez oranlarda elementlerden olu­şurlar. Sözgelimi tebeşir ya da kalsiyum karbonat (Ca- C0₃), her zaman ağırlıklı olarak % 40 kalsiyum, % 12 karbonat ve % 48 oksijenden oluşur.

1803’te John Dalton, katlı oranlar yasasını geliştir­miştir. Bu yasaya göre, iki element birden çok bileşik oluşturmak için birleşirse, birinci elementin değişmez bir ağırlığıyla birleşen ikinci elementin ağırlıklarının ora­nı küçük bir tam sayı olur. Sözgelimi, karbon ve oksijen iki bileşik oluşturabilir: Karbon monoksit, karbon diok- sit. Karbon monoksitte 12 g karbon 16 g oksijenle birle­şir; karbon dioksittevseaynı ağırlıktaki (12 g) karbon, 32 g oksijenle birleşir. Dolayısıyla, 12 g karbonla birleşen oksijenin ağırlık oranı 32/16 ya da 2’dir. Dalton’un da önerdiği bileşim ağırlıkları yasasına göre, her bileşikte bir elementin ağırlık oranı, o elementin atom ağırlığıyla ya da atom ağırlığının katlarıyla gösterilir (bu yasa, atom kuramından önce ortaya atıldığı için, daha genel sözler­le dile getirilmiştir). Bileşim ağırlıkları yasasının, doğru­dan doğruya atom kuramından yola çıktığı saptanabilir. Su (H₂0) örneği ele alındığında, her su molekülü iki hid­rojen atomu (atom ağırlığı 1) ile bir oksijen atomundan (atom ağırlığı 16) oluşur. Yani bütün su molekülleri, ağırlık olarak 2 bölüm hidrojen ile 16 bölüm oksijenden olmuştur. Bütün öbür bileşikler de benzer biçimde çö­zümlenebilir.

Nicel deneysel tekniklerin ilk kez kullanılmasına da­yanılarak önerilen bu üç yasa, Dalton’un atom kuramı­nı geliştirmesini (1803) sağlamıştır.

kimyasal denge: Bk. kîmyasal kînetİk ve

kimyasal enerji

Kimyasal tepkimeler, genellikle, ısı ya da ışık soğurul- ması ya da yayılması biçiminde gözlemlenen enerji de­ğişiklikleriyle birlikte oluşur. Kimyasal bağların oluşma­sıyla ve kopmasıyla ilgili olan söz konusu enerji, “kim­yasal enerji” diye adlandırılır. Germain Henri Hess, kimyasal tepkimelerde açığa çıkan ısı miktarlarını dik­katle ölçüp, oluşan ya da soğurulan ısı miktarının, ara maddelere bağlı olmaksızın, belli bir tepkenler ve tep­kime ürünleri dizisi için aynı olduğunu ortaya koymuş­tur. Bu genellemeye “Hess yasası” adı verilir. Yaptığı pek çok katkıdan dolayı Hess, “ısılkimyanın kurucusu sayılmaktadır.

Enerji değişiklikleri bir ısıölçerle (kalorimetre) ölçü­lür. Isıölçer, genellikle, tepkimeden önce ve sonra sı­caklığı ölçülen belirli miktarda suyla çevrili bir tepkime kabıdır. Suyun ve kabın ısı sığaları bilindiği için, soğuru­lan enerji miktarı (sıcaklığın tepkime nedeniyle düşüşü) ya da açığa çıkan enerji miktarı (sıcaklığın tepkimeyle yükselişi) hesaplanabilir. Tepkime, ısı soğurulursa “ısıa­lan” (endotermik), ısı açığa çıkarsa ısıveren (ekzoter- mik) diye nitelendirilir (Bk. ISIALAN VE ISIVEREN TEP­KİMELER).

Molekül yapısı, kimyasal bağdan dolayı, kimyasal enerjiyle ilgilidir. İki atom arasındaki bağı kırmak için, enerji gerekir. Bunun tersi olan bağ oluşumu süreciyse, enerji açığa çıkarır. Dolayısıyla, bağ kopması ısıalan, bağ oluşumuysa ısıveren birer tepkimedir. Bağ ne ka­dar güçlüyse, koparmak için de o kadar çok enerji gere­kir. Buna karşılık, bağ oluşurken de, daha çok enerji açı­ğa çıkar. Bir kimyasal tepkimenin ısı etkisi, tepkime sü­recinde oluşan ya da kopan kimyasal bağların tipine ve sayısına bağlıdır.

Kimyasal enerji, farklı bir enerji biçimine çevrilerek çok çeşitli alanlarda kullanılır. Kömür ve petrol gibi fosil yakıtlar, sanayide kullanılan enerjinin çoğunu sağlarlar. Kömür temel olarak karbondur ve oksijenli bir ortamda karbon dioksit ile ısı enerjisi üreterek yanar. Bu tepki­me, yanan her karbon molekülü için 94,1 kcal (kiloka­lori) verir. Benzinin bileşenlerinden biri olan oktan (C₈H_1B), oksijenle yanarak her bir mol oktan için 1 300 kcal verir. Pil, kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik ener­jisine çevirir; bazı kimyasal maddeler birbirine karıştırıl­dığında, ateşböceğinin ışığına benzer biçimde doğru­dan ışık üretirler.

Bütün canlılar kimyasal enerji kullanır. Bu enerji bü­tün yaşam süreçlerinin itici gücüdür. Organizmadaki ısıveren tepkimelerde açığa çıkan kimyasal enerji, ya­şam için gerekli olan ısıalan tepkimelerde yakıt olarak kullanılır. Bu enerji aktarımı, kimyasal enerjinin doğru­dan kullanımıdır.

kimyasal fizik: Bk. kimya (tarih).

kimyasal kinetik ve denge

Bir kimyasal tepkimenin yararlı bir ürün oluşturmak için sürme derecesi ve bu dönüşümün tamamlanması için gerekli süre, modern kimyanın iki önemli yönüdür. Kimyasal kinetik, bir tepkimenin ürün molekülleri oluş­turma hızında önem taşıyan etmenleri inceler; ürünle­rin ve tüketilmeyen tepkenlerin (tepkimeye giren ele­mentlerin) sonuçtaki dağılımı, sürecin niteliğine dayanı­larak çoğunlukla önceden belirlenebilir ve bu dağılım, ulaşılan kimyasal dengeyi temsil eder.

KİMYASAL KİNETİK

Kimyasal kinetik, kimyasal tepkimelerin hızlarını ve hem ürün molekülü veriminde, hem de tepkiyen türle­rin tüketilmesinde belirleyici olan etmenleri inceler. Bu süreci en basit düzeyde tanımlayan ayrıntılı molekül tablosu, “tepkime mekanizması” diye adlandırılır. Tepkime hızlan. Bir tepkimenin ürün oluşturmak için ilerleme hızının ölçüsü, deneysel ölçümlere dayalı bir bağıntı olan tepkime hızı yasasıyla dile getirilir. A ve B molekülleri, Cve Dürünlerini oluşturmak için tepkime­ye girerse, bu süreç şöyle yazılabilir:

A + B -> C + D Tepkime hızı, /\ ya da B’nin tükenme ya da C ya da C7nin oluşma hızını belirtir ve

Hız = k [ A] | B |

denklemiyle gösterilebilir; burada k, oransallık değiş­mezidir (hız değişmezidir); A ve 6’nin çevresindeki kö­şeli parantezlerse, hız denkleminde bunların derişimle- rinin kullanılacağını gösterir. Tepkime, A’nın bir mole­külü ile B’nin bir molekülünün çarpışması sonucunda kimyasal ürünlerin oluştuğu bir çarpışmadan ileri geli­yorsa, bu tür yalın bir hız yasası uygundur. Söz konusu çarpışma, temel bir sürecin (bu durumda, iki moleküllü bir tepkimenin) örneğini oluşturur ve basit hızla birleş­me doğrudan doğruya gerçekleşir. Tepkimenin mole- külerliği (moleküllüğü) temel sürece katılan tepken mo­leküllerinin sayısıdır (örneğimizde, iki).

Yalnızca iki kimyasal bileşenin katıldığı birçok tepki­me bundan daha karmaşıktır ve “kimyasal ara madde­ler” adı verilen kararsız türleri de kapsar; bu kararsız türler, tepkime denkleminde görülmez. Böyle durum­larda tepkimenin gösterilmesi daha karışıktır ve tepki­meye giren bileşenlerin derişimlerinde deneysel deği­şiklikler yapılarak belirlenmelidir.

Yüzeydeki tepkimeler, kimya sanayisinde son dere­ce önemlidirler ve genellikle çok verimli olurlar. Katı bir madde, bir tepkime karışımında çözündürülürse, par­çacıkların yüzey alanı, maddenin karışımla temasını ve tepkime hızını kısıtlar. Çok ince öğütülmüş tozların bü­yük yüzey alanları, genellikle tepkenliğin artmasına yol açar.

Sık oluşan başka birtepkime de tek moleküllü süreç­tir; Bu süreçte tek bir kimyasal bileşen ayrışarak ürün oluşturur. Bunun kinetik gösterilişi şöyledir: Hız = k [Tepken], Bu tepkimenin moleküllüğü birdir. Yüksek sı­caklıkların ya da morüstü ışımanın neden olduğu birçok basit tepkime böyle ilerler.

Bir tepkimenin derecesi, hız formülündeki derişim terimlerinin üst sayılarının basit toplamıdır. Tek mole­küllü süreçte tepkime derecesi birdir. İki moleküllü tep­kimedeyse derece ikidir, çünkü hem [A], hem de [B]bi­rinci kuvvete yükselir. Daha karmaşık süreçler söz ko­nusu olunca, hız yasasında kesirli üstler ve eksi üstler bulunabilir; tepkimenin derecesi, ara maddelerin varlı­ğını ya da tepkimenin gizli karmaşıklığını yansıtır.

Ürünlerin ya da kimyasal ara maddelerin oluşumunu çoğunlukla moleküller arasındaki çarpışmalar denetle­diği için, tepkimelerin dinamikleri, kinetik madde kura­mına dayanan basit bir modelle ele alınabilir. Tepken­lerin derişimlerindeki artışın, gözlenen tepkime hızı üs­tündeki etkisi, artan çarpışma sayısı açısından incelene­bilir. Genellikle karmaşık bir konu olan sıcaklığın tepki­me hızı üstündeki etkisi, tepkime karışımının sıcaklığı

 

arttıkça, tepkenlerin de daha yüksek hızlara ve enerjile­re ulaşmalarıyla ilgilidir. Ürünlerin oluşmasını saklamak için bir miktar enerjinin eklenmesi gerekiyorsa, yalnız­ca moleküllerin bir araya getirilmesi yeterli değildir. Söz konusu enerji, tepkimenin “etkinleşme enerjisi”dir. Et­kinleşme enerjisinin yüksek olması, genellikle tepkime­yi kısıtlar ve tepkime hızının yavaş olmasına yol açar. Sı­caklığın, dolayısıyla da tepkenlerin enerjilerinin yüksel­tilmesi, tepkime hızını artırma yöntemlerinden biridir. Katalizörler. Tepkime sürecini hızlandırmak için tepki­me karışımına katılan, ama kendisi tüketilmeyen mad­delere “katalizör” (tezgen) denir. Bu maddelerin çok az miktarlarda katılması, tepkime hızını birkaç kat ‘artıra­bilir. Katalizörün rolü, mikroskopik ölçekte karmaşık olabilir; ama sonuçta bu madde, tepkimenin etkinleş­me enerjisini belirgin biçimde düşürür. Birçok durum­da, normal olarak yüksek sıcaklıklar gerektiren tepki­meler oda sıcaklığında gerçekleştirilebilir; bu da elek­trikten ya da ısıtma yakıtından önemli tasarruf sağlar. Bi­yolojik sistemlerde, “enzim” adı verilen çok seçici bi­yokimyasal katalizörler kullanılarak, birçok yavaş süreç hızlandırılır.

KİMYASAL DENGE

Tepkime hızlarıyla ilgili yukardaki bölümde, belirtilen genel süreçler ürün oluşmasıyla sonuçlanıyordu ve tep­kimeler, yazıldığı gibi soldan sağa ilerliyordu. Oysa bir­çok süreç tersinir nitelik taşır ve

aA + bB cC + dD

biçiminde yazılması daha doğru olur. Burada ileri ve geri adımlar iki yönlü okla gösterilir. Ave B bileşenleri­nin, Cve D bileşenlerinin ya da üç bileşenin (ya da dört bileşenin) tümünü oluşturduğu karışım, değişmez sı­caklıkta bir tepkime kabına konulursa, tepkimeler iler­ler ve sonunda özel bir duruma ulaşır. İleri ve geri tepki­menin hızları bu noktada eşittir. Bu son duruma, karışı­mın özgün bileşiminden bağımsız olarak ulaşılır ve ken­diliğinden bir biçimde yaklaşılır. Bu noktada kimyasal denge kurulmuştur ve daha sonra karışım incelendiğin­de, kimyasal bileşenlerin derişimlerinde hiçbir net de­ğişiklik olmadığı görülecektir.

Denge durumunda tepkime bileşenlerinin derişim- leri, kütle eylemi formülüyle şöyle gösterilebilir:

„ _ ıcr ¡D]^d

^eq |A]^J |B]^b

Burada her bileşenin derişimi, tepkime denklemindeki stokiyometri katsayısının gücüne yükseltilir. Sonuçta oluşan denge değişmezinin (Keq) değerleri, tepkime­nin soldan sağa ilerleme|derecesini yansıtacak biçimde büyük ya da küçük olabilir. Hidrojen ve oksijenin suya dönüşmesi

2H₂ + 0₂ ^ 2H₂0 biçiminde yazılır. Kütle eylemi formülüyse şöyledir:

Değerin büyük olması, tepkimenin çoğunlukla soldan sağa ilerleyerek su oluşmasını sağladığını gösterir. Tep­kimelerin hızları konusunda ya da sistemin bu dengeye ulaşması için gerekli |süre konusunda|bir şey (söylene­mez. Gerçekte, tepkimeyi hızlandırmak için bir katali­zör ya da aşırı yüksek sıcaklıklar kullanılmazsa, bu den­ge durumuna ulaşmak için gerekli süre yüzyıllarla ölçü­lebilir.

LeChatelier İlkesi. Bir kimyasal sistem denge durumuna ulaşınca, sıcaklık ya da basınç değişikliklerinden ya da kimyasal türlerin eklenmesinden (ya da çıkarılmasın­dan) kaynaklanan etkiler, Henry Le Chatelier’in 1884’te tanımladığı basit ilişkiler kullanılarak önceden kestirilebilir. Baskı altındaki bir sistem, bu baskıyı hafif­letecek biçimde özelliğini uyarlar. Sözgelimi, aşağıdaki gaz evresi tepkimesinde amonyak oluşur:

N₂ + 3H) ^ 2NHj

Denge durumunda N₂ eklenirse, tepkime sağa yönelti­lerek baskı azaltılır; böylece, bir bölüm N₂ (ve H₂) tüke­tilerek amonyak oluşur. Amonyak eklenmiş olsaydı, denge sola dönerdi. Dış basınç artılırsa, tepkime, ürüne doğru hareket ederek daha küçük bir hacim kaplayabi­lir; tepkenlerin 4 mol hacminden 2 mol hacimde ürün oluşur. Tepkimenin, ürün oluştururken enerji açığa çı­kardığı bilinmektedir. Bu nedenle, artan sıcaklığın etki­si, ek enerjiyi tüketen tepkenler oluşturularak hafifleti­lir. Bununla birlikte, denge değişmezinin çoğunlukla değişmez sıcaklıkla ilişkili olduğu ve değerinin sıcaklığa bağlı olarak çarpıcı biçimde değişebileceği unutulma­malıdır.

Enerjibilim ve kimyasal denge. Denge durumunun özelliği, termodinamiğin iki temel kavramı arasındaki duyarlı dengeyi yansıtır. Bu kavramlar entalpi ve entro- pidir. Moleküllerin kimyasal bağlarında birikmiş enerji­nin ölçüsü olan entalpi, tepkenlerin ve ürünlerin göreli kararlılıklarının karşılaştırılmasını kolaylaştırır. Tepken­ler ile ürünler arasındaki yarışta, bağ oluşumu ve enerji kararlılaşması yeğlenir. Entropi, maddenin fiziksel özel­liklerinde yeğlenen serbestliğin ya da rastgeleliğin ölçü­südür. Bu iki etmen AG simgesiyle gösterilen tepkime­nin serbest enerjisinde özetlenir. AG değerinin eksi ol­ması, tepkimenin kendiliğinden bir biçimde ürünlere doğru ilerleyeceğini ve ilgili denge değişmezinin büyük olacağını gösterir. AG değerinin artı olmasıysa, tep­kenlerin, yeğlenen enerji durumunu temsil ettiklerini gösterir. Gerçekte, tepken ve ürün türlerinin her birisi­nin entalpisi ve entropisi bilinirse, AG belirlenebilir ve denge değişmezinin yaklaşık değeri hesaplanabilir. Denge formülleri. Denge sistemleri konusunda yukar­daki bölümlerde anlatılanların, gazlar ya da çözünmüş moleküller arasındaki basit tepkimeler üstünde yoğun­laşmasına karşılık, birçok başka durum ortaya çıkabilir. Tuz (NaCI) gibi birçok iyonik katı madde, çözelti içinde kolayca erir ve iyonik denge formülleri uygulanabilir. Sodyum katyonları ve klor anyonları, katı NaCI’yle di­namik denge durumundadır. Birçok sanayi işleminde, çözeltiye karışmayan bir katı katalizör (heterojen katali­zör) eklenerek tepkime kolaylaştırılır ve uygun bir den­ge ifadesi uygulanabilir. Birçok yükseltgenme ve indir­genme tepkimesi, elektrokimya ve metalürji alanların­da önem taşır. Bu işlemlerde tepkenler ya da ürünler arasında elektron alışverişi olur ve tepkimelerin yönü­nü ve verimini kestirmek için denge formülleri kullanı­lır. Kendine yeterli bir kimyasal sistem olan elektrik pi­linde, kendiliğinden elektron aktarımıyla gerçekleşen enerji alışverişi, küçük bir voltaj üretmek için kullanılır. Sık rastlanan bu kimyasal sürece katılan tepkenlerin ve ürünlerin miktarlarını belirlemek için, denge forümleri kullanılabilir.

kimyasal simge

Kimyasal adların, tepkimelerin ve süreçlerin yeralması- nı basitleştirmek için kimyacılar tarafından geliştirilen özel simgeler sistemi. Kimyasal simge sistemi, atomla­rın ve tepkimeye giren kimyasal maddelerin matema­tiksel ilişkilerini, atomların biraraya gelerek karmaşık moleküller oluşturma biçimini, atomlar arasındaki kim­yasal bağ türlerini ve bazen, karmaşık yapıların üçbo- yutlu yapılanmasını da gösterir.

Atomlar ve moleküller. İlk simyacılar, kullandıkları kim­yasal maddeleri göstermek için çeşitli simgeler kullan­dılar; bu gelenek, XIX. yy’a kadar sürdürüldü. Element­leri göstermek için harfleri kullanan ilk kişi, İsveçli Jöns Jakob Berzelius oldu. Pek çok durumda elementin adı­nın ilk harfini simge olarak kullanma olanağı bulundu: Oksijen O, karbon C, hidrojen H’yle vb., gösterildi. Baş harfleri aynı olan elementleri birbirinden ayırmak içinse iki harf kullanıldı: Sözgelimi, azot N’yle, neon Ne’yle, nikelse Ni’yle gösterilir. Bazı simgeler, elementin Latin­ce adından türetildi: Altın (aurum) Au, demir (ferrum) Fe ve kurşun (plumbum)Pb, vb. Elementiki harfle sim- gelendiğinde, birinci harf büyük, ikinci harf küçük yazı­lır. Böylece, Co simgesiyle gösterilen kobalt elementi, formülü CO olan karbonmonoksit bileşiğinden ayırt edilir.

İki ya da daha çok atom, kimyasal bağla birleşerek bir molekül oluşturabilir. Moleküller, katılan atomların simgeleri birleştirilerek gösterilir. Sözgelimi, sodyum (Na) ve klor (Cl) birleşerek sodyum klorür (sofratuzu) molekülünü oluşturur; bu da NaCI biçiminde yazılır. Birden çok atom varsa, sayısal bir alttakıyla gösterilir; sözgelimi, H₂0 su molekülünün iki hidrojen atomu ile bir oksijen atomundan oluştuğunu gösterir.

Belirli atom bileşimleri, “kök” adı verilen kararlı gruplar oluşturur; bunlarda kimyasal bağlar sağlam bir birim olarak ortaya çıkar. Bir molekül, belirli bir kökü birden çok sayıda içeriyorsa, molekülün yazılı formü­lünde parantez kullanılarak bu durum belirtilir. Kemik­lerin ve dişlerin çok önemli bir bileşeni olan kalsiyum fosfat, |Ca₃ PjOa biçiminde yazılmayıp, molekülde ¡PO4 fosfat kökünün iki birim bulunduğunu göstermek için Ca₃(P0₄)2 biçiminde yazılır.

Moleküller, tam kimyasal bağlar yerine elektrostatik çekimle birleşmiş birimler içerebilirler. Sık rastlanan al- çıtaşı minerali, CaS0₄*2H₂0 biçiminde yazılır; ortadaki nokta, iki su molekülünün bir kalsiyum sülfat molekü­lüyle elektrostatik olarak birleştiğini gösterir. Alçıtaşı ısı­tılarak bu su giderilebilir ve kalsiyum sülfat elde edilir. İyonlar. İyon, elektrik yükü taşıyan bir kimyasal türdür (bir atom, atom grubu ya da atomaltı parçacık olabilir). Elektrik yükü, artı ya da eksi işaretli bir üsttakıyla gösteri­lir; hidrojen iyonu H⁺, amonyum iyonu NH⁺₄, elek­tronsa e‘ biçiminde yazılır. Her tür bir tek yük taşır; çok­lu yükler, ya C0₃ ya da jCO^’Kkarbonat iyonu) biçi­minde gösterilir.

Tepkimeler. Maddelerin kimyasal bağlanma süreciyle değişikliğe uğradıkları tepkime olgusu, kimyanın özü­dür. Kimyacılar, oluşan değişiklikleri, sağa doğru ok işa­reti kullanarak gösterirler; tepkenler ya da başlangıç maddeleri solda, oluşan ürünlerse sağda görülür:

hidrojen + oksijen —> su

Her maddenin simgesi kullanılarak bu tepkime şöyle yazılır:

2H₂ + 0₂ -> 2H₂0

Bu denklem dengelidir; yani, tepkimenin her iki ya­nında elementlerin atomları eşit sayıda bulunur. Dola­yısıyla, iki hidrojen molekülü bir oksijen molekülüyle tepkimeye girerek, iki su molekülü oluşturur.

Tepkinin ya da ürünün fiziksel durumu da çoğunluk­la gösterilir. Sık kullanılan simgeler, katı için (k), sıvı için (s), gaz için (g) ve sulu için (su)’dur. Bu nedenle çinko ve hidroklorik asitten hidrojen elde edilmesini tanımlayan tepkime şöyle yazılabilir:

Zn{k) + 2HCI(su)—> H₂(g) + ZnCI₂(su)

Amonyağın (NH₃) suda çözünerek ¡amonyum ve hid­roksit iyonları oluşturması şöyle gösterilebilir:

NHj(g) + H₂0(/) -► NHV(su) + OH “(su)

Benzer biçimde, gaz oluşumu yukarı dönük okla, çö­kelti (çözünmez katı) oluşumuysa aşağı dönük okla be­lirtilir. Bu simgeler yalnızca şu iki ürün için kullanılır:

CaC0₃ + 2HCI – CaCI₂ + H₂0 + «M

AgNOj + KCI -* KNOj + AgClj

Denge. Birçok tepkimede yeni ürünler, hemen özgün tepkenlere geri dönebilir. Hem ileri, hem de geri tepki­meler aynı anda olduğunda, gerek tepkenler, gerek ürünler, kimyasal sistemde bulunur, sonunda denge durumuna ulaşırlar. Bu durum çift yönlü okla gösterilir:

H₂ + l₂ ^ 2HI

Burada hidrojen ve iyot tepkimeye girerek hidrojen iyodür oluşturur; bu da elementlerine ayrışabilir. Nükleer tepkimeler. Nükleer kimyada çekirdeğin bile­şenleri, yani protonlar ve nötronlar da değişikliğe uğrar. Tepkimenin gelişmesini izlemek için, bunların her biri­nin sayısı belirtilmelidir. Söz konusu sayıların toplamı, belirli bir atomun kütle sayısıdır ve atom simgesine üst- takı olarak ya da elementin adından sonra bir sayı ola­rak yazılır. Sözgelimi, hem ¡^H5U’hem de uranyum-235, toplam 235 protonu ve nötronu bulunan uranyum izo­topunu temsil eder.

Bütün urayum izotoplarının 92 protonu vardır; bu bilgi bazen bir üsttakıyla gösterilir. Nitekim, ²$jU ve ²|fU, uranyumun iki izotopunu gösterirler; bunların birincisinde 143, İkincisinde 146 nötron vardır. Proto­nun simgesi\]p*, nötronun simgesi j’n, elektronun sim­gesiyse çoğunlukla e-‘dir. Bir nükleer tepkimenin denklemi, kütle sayısına, protonlara ve yüke göre den­gelenmelidir:

+ ¿n -» ²$U – ²||Np + e~

Uranyumun başkalaşarak neptünyuma dönüştüğü yu- kardaki denklemde, bir nötronun bir protona ve bir elektrona dönüşmesi, atom sayısının artmasıyla sonuç­lanır; ama kütle sayısında ya da toplam yükte hiçbir de­ğişiklik olmaz.

Bağlanma ve molekül yapısı. Atomların molekül içinde­ki düzenlenişi, kimyacılar için belirleyici önem taşır. Kimyasal bağ türlerinin sayısı, molekülün özelliklerini ve tepkimeye girme biçimini belirler. Elektron noktalı gösterim ya da Lewis simgeleri, kullanılan tanımlama biçimlerinden birisidir. Lewis simgeleri, elementin sim­gesi ile bu simgeyi çevreleyen ve değerlik elektronlarını temsil eden noktalardan oluşur.

1. + *cı: — h : cı:

0 •                                                                                     • •

hidrojen               klor                          hidrojen

klorür

Daha pratik bir yöntemse bağı bir çizgiyle göstermek (H.-H) ve normalde bağa katılmayan elektronları çıkar­maktır. Çift ve üçlü bağlar da benzer biçimde gösterilir: H O

I II

H—C—— C—– O—- H                H—– C^C——— H

I

H asetik asit                                       asetilen

 

r<
/ /
	>c/
11 /lN\ M
ya da
			Kimyasal tepkime ile fiziksel değişikliğin karşılaştırılma­sı. Kimyasal tepkimeyi, durum değişikliği gibi bir fiziksel değişiklikle karıştırmamaya dikkat etmek gerekir. Bütün madde türleri gibi su da, sıcaklık ve basınç koşullarına bağlı olarak katı, sıvı ya da gaz hallerinde bulunabilir. Suyun 1 atmosfer basınçta buzdan sıvıya ve buhara de­ğişmesi şöyle gerçekleşir:
1 r
							benzen
I I
Standart simgelerin ve formüllerin kullanılması, kim­yanın yazılmasını basitleştirmenin yanı sıra, anlaşılması­nı da kolaylaştırır.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
kimyasal tepkime

Tepkime, kimya biliminin özüdür. Bütün kimyasal tep­kimeler, moleküllerdeki kimyasal bağların, farklı mad­deler oluşturmak için kopmasını ve yeniden kurulması­nı kapsar. Dolayısıyla kimya, “maddeleri (maddelerin bileşimini, yapısını, özelliklerini ve bir maddeyi başka bir maddeye dönüştüren tepkimeleri) inceleyen bilim” diye tanımlanabilir.

Hidrojen gazı oksijen gazıyla birleşerek su bileşiğini oluşturduğunda, basit bir kimyasal tepkime gerçekleşir. Molekül düzeyinde, iki hidrojen molekülü (H,) bir oksi­jen molekülü (O ) tepkimeye girerek iki molekül su (H,Q) oluşturur. Bu tepkimenin denklemi şöyledir:

t ()., 2H X) + enerji

Kimyasal bağlar, gerçekte, elektron bulutlarının ör- tüşmesinin sonuç udur; ama şematik kolaylık sağlamak için düz, çizgi olarak gösterilirler. Bu gösterimlerinde, yukarrlaki tepkime şöyle verilir:

M M                          II O II

t O () •

II II                            H o II

Burada oksijen molekülündeki iki çizgi, çift bağı temsil eder.

1. .O (katı)         (sıvı)        H._;() (gaz)

Bu değişikliklerde hiçbir kimyasal tepkime olmaz; çün­kü ne kimyasal bağların kopması, ne de yeni bağların oluşması söz konusudur.

Enerji. Hidrojen ve oksijen arasındaki tepkime, çoğun­lukla ısı halinde bulunan büyük miktarda enerji açığa çı­karır. Enerji açığa çıkaran bu tür tepkimelere “ısıveren tepkime” denir. Ne var ki, su molekülleri oluştuktan sonra, yeni oluşan su, yalnızca soğutularak (enerjisi gi­derilerek) yeniden hidrojene ya da oksijene çevrile­mez. Suyu yeniden hidrojene ve oksijene dönüştüren tersine kimyasal tepkimenin gerçekleşebilmesi için, hidrojen ve oksijen atomlarını bir arada tutan bağları koparacak aynı miktarda enerjinin (belki de elektrik enerjisi biçiminde) yemden su moleküllerine verilmesi gerekir. Enerji gerektiren böyle bir’tepkime, “ısıalan tepkime” diye adlandırılır. (Ayrıca Bk.ISIALAN VE ISI­VEREN TEPKİMELER.)

Özellik değişiklikleri. Kimyasal tepkimeler, tepkime sü­recinde maddelerin kimyasal özelliklerinde oluşan de­ğişikliklerle tanınır. Sözgelimi, sofra tuzu (sodyum klo­rür, NaCI) eritildiğinde, eriyikten bir elektrik akımı geçi­rilerek elementlerine ayrıştırılabilir. Eksi elektrotta gü­müş renginde erimiş sodyum metali (Na) oluşur; artı elektrottaysa zehirli, yeşilimsi sarı renkli klor gazı (C\,)

 

Yarı yapısal formüller. Her elektronun gösterilmesi ge­rekmediği gibi, her bağın gösterilmesi de çoğunlukla gerekmez. Belirli atom bileşimleri, yalnızca bir tek an­lamlı yolla düzenlenebilir ve yalnızca molekül yapısı için önemli olan bağlar gösterilir. Sözgelimi, iki farklı bi­leşik olan dimetileter ve etilalkolün görgül formüllerinin aynı olması (C_.H,,0), eski kimyacıları şaşırtmıştır. Bu iki bileşik arasındaki fark, atomların düzenlenişinde yatar ve yarı yapısal formüllerinde açıkça görülebilir:

( — O— U Ij dimetileter

-OH

etilalkol

Organik kimyada bazı düzenlenişler övle yaygındır ki, simgesel bir düzenlemenin çizilmesi gerekir. Siklo- heksan (C,,H,ve benzen <C„H(ıi en iyi bilinen örnek­lerdir.

H’ IU II’

Alüminyum sülfat (11 ve potasyum sülfat (2) gibi ısıtılan katilar arasında, tepkime oluşmaz. Ama bu katilar su içinde eritilirse (3) ve su buharlaşıncaya kadar ısıtma işlemi sürdürülürse, bu bileşikler birleşerek şap (4) oluşturur. Kuru bakır sülfat billurları (5) elektriği iletmezler; ama su eklendiğinde (6) elektroliz gerçekleşir. Katilar sıvılarla tepkimeye girebilirler; sodyum metali (7), suyla şiddetli tepkimeye girerek hidrojen açığa çıkarır. Sıvılar arasındaki tepkimeler yaygındır. Renksiz fenolftalein (8) ve alkali (9) çözeltileri, kırmızı bir çözelti (10) oluşturur; renksiz bir asit çözeltisi(11) eklendiğinde, bu çözelti yeniden renksizleşır.

11

I I

Kimyasal tepkime ile fiziksel değişikliğin karşılaştırılma­sı. Kimyasal tepkimeyi, durum değişikliği gibi bir fiziksel değişiklikle karıştırmamaya dikkat etmekgerekir. Bütün madde türleri gibi su da, sıcaklık ve basınç koşullarına bağlı olarak katı, sıvı ya da gaz hallerinde bulunabilir. Suyun 1 atmosfer basınçta buzdan sıvıya ve buhara de­ğişmesi şöyle gerçekleşir:

ir

Standart simgelerin ve formüllerin kullanılması, kim­yanın yazılmasını basitleştirmenin yanı sıra, anlaşılması­nı da kolaylaştırır.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
kimyasal tepkime

Tepkime, kimya biliminin özüdür. Bütün kimyasal tep­kimeler, moleküllerdeki kimyasal bağların, farklı mad­deler oluşturmak için kopmasını ve yeniden kurulması­nı kapsar. Dolayısıyla kimya, “maddeleri (maddelerin bileşimini, yapısını, özelliklerini ve bir maddeyi başka bir maddeye dönüştüren tepkimeleri) ine eleyen bilim” diye tanımlanabilir.

Hidrojen gazı oksijen gazıyla birleşerek su bileşiğini oluşturduğunda, basit bir kimyasal tepkime gerçekleşir. Molekül düzeyinde, iki hidrojen molekülü (H,) bir oksi­jen molekülü (O.) tepkimeye girerek iki molekül su (H.O) oluşturur. Bu tepkimenin denklemi şöyledir:

t O., – 211,0 + enerji

Kimyasal bağlar, gerçekte, elektron bulutlarının ör- tüşmesînin sonuç udur; ama şematik kolaylık sağlamak için düz, çizgi olarak gösterilirler. Bu gösterimlerinde, yukardaki tepkime şöyle verilir:

H H                            11 O 11

t (> () •

II II                            H O- II

Burada oksijen molekülündeki iki çizgi, çift bağı temsil eder.

tro (katı) -^rHjOisıvı) ^^11,0 (gaz)

Bu değişikliklerde hiçbir kimyasal tepkime olmaz; çün­kü ne kimyasal bağların kopması, ne de yeni bağların oluşması söz konusudur.

Enerji. Hidrojen ve oksijen arasındaki tepkime, çoğun­lukla ısı halinde bulunan büyük miktarda enerji açığa çı­karır. Enerji açığa çıkaran bu tür tepkimelere “ısıveren tepkime” denir. Ne var ki, su molekülleri oluştuktan sonra, yeni oluşan su, yalnızc a soğutularak (enerjisi gi­derilerek) yeniden hidrojene ya da oksijene çevrile­mez. Suyu yeniden hidrojene ve oksijene dönüştüren tersine kimyasal tepkimenin gerçekleşebilmesi için, hidrojen ve oksijen atomlarını bir arada tutan bağları koparacak aynı miktarda enerjinin (belki de elektrik enerjisi biçiminde) yemden su moleküllerine verilmesi gerekir. Enerji gerektiren böyle bir’tepkime, “ısıalan tepkime” diye adlandırılır. (Ayrıc a Bk.ISIALAN VE ISI­VEREN TEPKİMELER.)

özellik değişiklikleri. Kimyasal tepkimeler, tepkime sü­recinde maddelerin kimyasal özelliklerinde oluşan de­ğişikliklerle tanınır. Sözgelimi, sofra tuzu (sodyum klo- rür, NaCI) eritildiğinde, eriyikten bir elektrik akımı geçi­rilerek elementlerine ayrıştırılabilir. Eksi elektrotta gü­müş renginde erimiş sodyum metali (Na) oluşur; artı elektrottaysa zehirli, yeşilimsi sarı renkli klor gazı (C\₂)

 

adlarını yeğlemektedir. Bu nedenle, ikili bileşiklerde, daha elektropozitif olan bileşene elementin adı verilir, sonra daha elektronegatif olan elementin -ürolarak de­ğiştirilmiş adı eklenir:

Lityum hidrür Sodyum klorür

Her elementin atomlarının sayısını göstermek için sayı­sal öntakılar kullanılır ya da değişken birleşme yeteneği bulunan elementlerin oksitlenme durumu (savısı) belir­tilir.

Demir diklorür Demir (II) klorür

 

 

 

(Solda) Farklı maddelerin tepkime hızları büyük değişiklik gösterir. Sözgelimi demir, oksijenle öyle yavaş tepkimeye girer ki, gözle görülür bir değişiklik göstermeden akkor derecesine kadar ısıtılabilir. Oysa ısıtılan bir magnezyum şerit, hızla yanarak oksit oluşturur. (Sağda) Kahverengi halka tepkimesi, nitrat iyonlarını saptamak için basit bir yöntemdir. Potasyum sülfat çözeltisi, asitli bir nitrat çözeltisinin üstüne, iki sıvı karışmayacak biçimde dikkatle dökülür. Nitrat iyonu varsa, iki tabaka arasında niteleyici bir kahverengi halka oluşur.

açığa çıkar. Bu elektroliz tepkimesi aşağıdaki denklem­le gösterilebilir:

, v elektrik akımı 2NaCI (sıvı)              > 2Na (sıvı) + Cl, (gaz)

Bu denklemde, okun her iki yanında aynı sayıda sod­yum ve klor atomu görülür; çünkü kimyasal tepkime sı­rasında hiçbir madde atomu yok edilemez. Tek deği­şiklik, bunların birbirlerine bağlanma biçiminde olabi­lir.

kimyasal terimleme

Bilinen kimyasal bileşiklerin sayısı 4 milyondan çoktur; üstelik bu sayı gün geçtikçe artmaktadır. Her bileşiğe, bütün öbür bileşiklerden ayırt edilmesini sağlayacak en az bir anlaşılır ad vermek için kimyasal terimlemeden yararlanılır. Bazı güçlükler varlığını sürdürmekle birlik­te, bu iş büyük ölçüde başarılmıştır. Üstelik, sistematik kimyasal terimlemenin kullanımını basitleştirmeye yö­nelik çalışmalar da sürdürülmektedir.

Kimyasal terimlemenin dayandığı ilke, adı bir yapıyla ilişkilendiren sistemlerin geliştirilmesidir. Kimyasal te­rimlemenin gelişmesinde, üç olay önemli rol oynamış­tır. Bunlardan birincisi, aralarında Antoine Laurent La­voisier ve Claude Louis Berthollet’nin de bulunduğu bir Fransız kimyacılartopluluğunun, inorganik (ya da anor­ganik) bileşikler için 1787’de genel bir sistem önerme­leridir. İkinci olay, 1892’de toplanan ve organik bileşik­lerin adlandırılmasıyla ilgili ilkeleri ortaya koyan Cenev­re Kongresi’dir. Üçüncü olaysa, Uluslarası Saf ve Uygu­lamalı Kimya Birliği’nin (İUPAC) çalışmalarında önemli bir yer tutan terimleme komisyonlarının kurulmasıdır, ilk olarak 1911 ‘de Uluslarası Kimya Birliği (İUC)ıadıyla örgütlenen İUPAC, Birinci Dünya Savaşı’ndan sonra 1920’de yeniden kurulmuş, Organik Terimleme Ko­misyonu 1930’da, İnorganik Terimleme Komisyo- nu’ysa 1940’ta birer kesin rapor yayınlamışlardır; bu ra­porların her ikisi de, o tarihten bu yana genişletilmekte­dir. Günümüzde kimyasal terimleme alanındaki bütün gelişmelerle İUPAC terimleme komisyonları ilgilen­mektedir.

İnorganik bileşikler. Kimyacılar, birç ok inorganik bileşik için, uzun süredir yapısal adların yerine stokiyometri

Oksitlerde iki ya da daha çok oksijen atomunun varlığı­nı göstermek için per- öneki kullanılır:

Potasyum peroksit

Bazı inorganik bileşiklerin, hidrokarbonların adları­na çok benzeyen hidrürler temel alınarak adlandırılma­sı kolaylık sağlar.

H₂P-PH, H₃Sİ-SİH,-SİH₃

Bunlar, hidrokarbon türevlerinde olduğu gibi, ver değiştirme (ornatma) adlarına kavnak oluşturur:

(C₆H₅)₂P-P(C₆H₅),

HSİCI₃

Basit birer hidrür olmayan birkaç başka bileşik de terim lemede kaynak bileşik olarak işlem görür.

HjPO

(CH₃)₃PO

Bor hidrürlerinin özel olarak ele alınması gerekir; çünkü bu bileşiklerin çoğu, bor atomu kümeleri içerir. Bor hidrürlerinin adları, bor atomlarının sayısını göste­ren sayısal bir öntakı, genel boran terimi ve hidrojen atomlarının sayısını gösteren parantez içinde bir doğal sayıdan oluşur.

Boran (3) Diboran (6)

Geniş bir asit grubunun ve tuzlarının adları, çeşitli so- nekler ve önekler kullanılarak ortadaki atomun oksit­lenme durumuyla genel biçimde ilişkilendirilmiş adlar­dır. Ama bu adlar ne stokiyometrik ne de yapısaldır:

HCİ hidroklorikasit                NaCI        sodyum klorür

HOCI hipoklorözasit             NaOCI        sodyum hipoklorit

HCİO2 klorozasit                   NaCIO:       sodyum klorit

HCIOj klorikasit                      NaCIOı sodyum klorat

HCIO4 perklorikasit              NaClOt       sodyum perklorat

iyonların (yüklü atomların ya da atom gruplarının) çoğunun adları, tuzlarda kullanılan adların aynıdır:

Katyonlar                                            Anyonlar

H⁺                         Hidrojen                 H             Hidrür

Mg²⁺                     Magnezyum CIO¹‘ Klorat

Bir hidriire bir protonun eklenmesiyle oluşan katyonla­rın adları, ana hidrürün kök adına -yum eklenerek elde edilir:

NH₄⁺                     Amonyum SH,⁺ Sülfonyum

Hidrürün bir proton yitirmesiyle oluşan anyonlara, ka­lan hidrojen belirtilerek ya da belirtilmeksizin, -(716 bi­ten adlar verilir:

 

NH2 NH2‘	Amit İm it	Hidrojen sülfit Hidroksit
			HS- OH-	Ol,

 

 
KARMAŞIK BİLEŞİKLER

Karmaşık bileşikleri terimleme yöntemi, inorganik bile­şikleri adlandırmanın belki de en genel yöntemidir. Bu yöntem eklemeli bir sistemdir; bağlayıcılar, merkezde­ki atomu oluşturan elementin adına abecesel sırayla eklenen öntakılardır. Elementin (merkezdeki atomun) oksitlenme durumu ya da düzenleşme biriminin paran­tez içinde gösterilmen yükü, merkezdeki atomun adına eklenir. Bileşik, anyon niteliği taşıyorsa, merkezdeki atomun adı -at eklenerek değiştirilir. Birleşik yüksüzse ya da katyon niteliği taşıyorsa, merkezdeki atomun adı değiştirilmez.

CslCUl sezyum tetrakloro iyodat

bağlayıcılar merkezdeki oksitlenme atom        durumu

sezyum tetrakloroiyadat (1-)

Merkezdeki atomla birden çok noktada bağlanmış bağlayıcılar (çelat bağlayıcıları), tek çıkıntılı gruplar ola­rak ele alınır:

CH₃( iic II/ i I,

Çoklu bağlar, tanımlayıcı -en ve -in sonekleriyle göste­rilir; bunların zincirdeki konumu, doğal sayılarla belirti­lir:

CH_jCH=CHCH j 2-büten CH)C=CCH,C=CH 1,4-heksadin

Önce en düşük doğal sayılar doymamış bağlara, sonra da yer değiştiren zincirlere verilerek, zincir boyunca kesin sayılama elde edilir.

Aşağıda anlatılan aromatik sistemler dışındaki doy­muş hidrokarbon halkaları, aynı sayıda karbon atomu bulunan dallanmamış hidrokarbon zincirinin önüne ya­pısal öntakılar konularak adlandırılır. Siklo-, bisiklo-, tri- siklo-vb. önekleri, halka sayısını gösterir; spiro, dispiro vb. önekleriyse, iki halkada ortak atomu bulunan sis­temleri ve böyle atomların sayısını belirtir. Halkasız hid­rokarbonlarda, -en ve -in sonekleri doymamışlığı gös­terir ve sistemin tanımlanmış sayılarına uygun en düşük doğal sayılar çoklu bağlara verilerek kesin sayılama el­de edilir.

 

Potasyum tri (oksaiato) alüminat

K3[AI(C204)3]

(. ıı,

■Ot

H,C

CM

(

İki atomdan biri (ya da üç olası atomdan herhangi ikisi vb.) aracılığıyla düzenleşme oluşturabilen CN’, NO, ve SCN gibi bağlayıcılarda, düzenleşmenin oluşmasını sağlayan atomlar, simgeleri italik yazılarak gösterilir:

H2C

nı

C M,—– ( M. CM, spiro [3,5] oktan

siklobüten

 

 

 
Triamm i ntrin itrito-N-kobalt Pentaamminnitrito-O-kobalt

Bazı bileşikler, sergiledikleri davranıştan dolayı, “ka­tılma bileşikleri” diye tanımlanır. Formülleri şöyle vazı- lır: CaCI,-6H,0; (CH^N-BF,; CrCIj-GNH,. Tuzların suyla oluşturduğu katılma bileşikleri çoğunlukla “hid­rat” diye amonyakla oluşturduğu katılma bileşikleriyse “amonyat” diye adlandırılır. Bu tür bileşiklerin sistema­tik adları şöyledir:

Sodyum karbonat-su (1/10) Kalsiyum klörür-amonyak (1/8)

ORGANİK BİLEŞİKLER

Organik bileşikler terimlenirken, ana bileşiklerde bulu­nan hidrojen atomlarının yer değiştirmesi (ornatılması) kavramı temel alınır. Halkasız (ya da alifatik) bileşikler, sistemin temelini oluşturur. Dallanmamış hidrokarbon zincirlerinin ve bunlarla ilgili köklerin temel adları şöy­ledir:

Hidrokarbon		Kök
ch4	Metan	ch3–	Metil
CH3CH3	Etan	ch3ch2–	Etil
CH3CH2CH3	Propan	ch3ch2ch2–	Propil
CH3(CH2)2CH3	Bütan	CH3(CH2)2CH2–	Bütil
CH3(CH2)3CH3	Pentan	CH3(CH2)3CH2–	Pentil
CH3(n-<‘ ^h3	Heksan		Heksil

 

Pentanla başlayarak, sayısal öntakılar karbon atomları­nın sayısını belirtir. Dallanmış hidrokarbon zincirleri, dallanmamış hidrokarbon zincirlerinin ornatma türev­leri sayılır; ornatma konumları doğal sayılarla gösterilir:

Son derece önemli bir halkalı hidrokarbon grubu “aromatik bileşikler” diye adlandırılır. Bunlar, çoğun­lukla almaşık çift ve tek bağlarla gösterilen yöresizleş- miş 7r- bağlanma sistemi bulunan doymamış yapılardır. Temel halka sistemleri, uzun süredir ornatma türevleri­nin ve öbür halkalı sistemlerin adlandırılmasına kaynak­lık eden gelişigüzel adlarla bilinmektedir:

 

 

 

 

Halka yapısı içinde karbon atomlarından başka atomlar içeren halka sistemlerine “karma halkalar” de­nir. Bunların birçoğu, uzun süredir, türevlerin ve öbür karma halkalı bileşiklerin adlandırılmasına kaynaklık eden gelişigüzel adlarla bilinmektedir.

 

ya da

 

piridin

 

 

‘O