26 Mart 2009 Perşembe

İyonun özellikleri nedir?

İyonlar- İyon, iyon oluşumu ve iyon çeşitleri - İyon nedir
İyon
İyon ya da yerdeş (Fransızca kökenli ion), bir veya daha çok elektron kazanmış ya da yitirmiş bir atomdan (veya bir atom grubundan) oluşmuş elektrik yüklü parçacık. Pozitif (+) elektrik yüklü iyonlara katyon, negatif (-) elektrik yüklü iyonlara anyon denir.
Örnek olarak;
• H+ (1 elektron kaybetmiş atom)
• OH- (1 elektron kazanmış atom grubu)
• (SO4)2- (2 elektron kazanmış atom grubu)
İYON DENKLEMLERİ: Çözeltide yürüyen tepkimeler genellikle birbirleriyle etkileşen iyonlar gösterilerek etkileşime girmeyen iyonlar ise temsil edilmeden gösterilir. Bu tür denkleştirmede ortamın asit mi bazik mi olduğu önemlidir.
İyon denklemlerinde atom sayıları yanında yük değerlerinin de eşit olması gerekir. Kimyasal değişimler sırasında atomların yeniden düzenlenmesi ile birlikte atomlar arasında elektron alış verişi de olabilir.

DENLEŞTİRMEDE YAPILACAK İŞLEMLER
1. Tepkime iki yarı tepkimeye ayrılır.
2. Her bir yarı tepkime ayrı ayrı denkleştirilir.
a. ilk önce H ve O atomları dışındaki atomlar yada iyonlar için katsayılar belirlenir.
b. Asit çözeltilerde O eksikliği olan tarafa yeteri kadar H2O diğer tarafa H iyonu , H eksiği olan tarafa yeteri kadar H eklenir. Bazik çözeltilerde H eksiği olan tarafa yeteri kadar H2O karşı tarafa OH eklenir, O eksikliği olan tarafa OH eklenir.
Örnek:
CrO7 + H2S  Cr + S ( ASİT)
14H + CrO7 + 6e  2Cr + 7H2O
3H2S  3S + 6H + 6e
CrO7 + 3H2S + 8H  2Cr + 3S + 7H2O
Örnek:
ClO + S2O3  Cl + SO4 ( BAZİK)
8e + 4H2O + 4ClO  4Cl + 8OH
10OH + S2O3  2SO4 + 5H2O + 8e
S2O3 + 2OH + 4ClO  4Cl + 2SO4 + H2O

İyon yapılı bileşiklerin oluşumu nasıldır ve iyon çeşitleri nelerdir?

İyon yapılı bileşikler, iki ya da daha fazla iyonun elektriksel olarak birbirlerini çekmesi ile oluşur diyebiliriz. Elektriksel çekim olması için yüklerin zıt olması gerekir. Bu iyonlardan pozitif yüklü olan “katyon”, negatif yüklü olan ise “anyon” adını alır. Atomik yapıları (elektron özellikleri) gereği genelde metaller katyon olurken; ametaller veya yarı metaller anyon olurlar. İyonik bileşikler genelde gözle görülebilecek kadar (tuz örneğinde olduğu gibi) büyük kristaller şeklinde bulunurlar. İyonik bileşiklerin bazı temel özelliklerini sayacak olursak; yüksek erime ve kaynama noktalarına sahiptirler, sert fakat kırılgandırlar, suda çözüldüklerinde elektrik akımını iletirler. İyonik bağlı bileşiklerin adlandırılmasında da çeşitli yollar izlenir.

Bunun yanı sıra birden fazla atomun oluşturduğu poliatomik iyonik bileşikler vardır. Örneğin klorat (ClO3-) anyonu, poliatomik bir iyondur ve bir potasyum atomu ile kolayca KClO3 bileşiği oluşturabilir. Bu bilgilerin yeterli olacağını sanıyorum.
Sulu Çözeltideki İyonların Standart Oluşum Entalpileri
Katı, sıvı veya gazları maddeleri içeren reaksiyonlara ilişkin entalpi değişimi hesapları ve bir maddenin oluşum serbest enerjisi hakkında bilgi verdik. Bununla beraber; bir iyon yoğun bir ortama konulacak olursa ortamdaki türlerle etkileşmesi sonucu enerji değişimi meydana gelir. Ortam olarak suyu düşünebiliriz. İyonlara ilişkin standart oluşum entalpileri sonsuz seyreltik çözeltileri için hesaplanır. İyonlar için hesaplamalar sonsuz seyreltik çözeltilerinde yapılmassa, hesaplama içine diğer türlerin katkılarıda girer. Gazlar için ise; yüksek basınçlarda oluşabilecek fiziksel kuvvetler hesaplamaları olumsuz etkiler. 1 mol HCl gazının çok büyük miktardaki suda çözünmesini ele alalım. HCl tamamı iyonlaştığında H+ ve Cl- iyonlarının ikiside hidrate olur. Reaksiyon;

HCl(g) -----> H+(**) + Cl-(**)

Buradaki (**) sembolü iyonun büyük miktarda suda bulunduğunu gösterir. 25 oC de ortaya çıkan ısı 75.14 kJ dür. Böylece reaksiyon entalpi için

= 75.14 kJ = [H+(**) + Cl-(**)] - [HCl(g)]

yazabiliriz. Tablolardan HCl(g) değeri - 92.30 kJ olarak bulunur. Eşitlik yeniden düzenlenirse

[H+(**) + Cl-(**)] = -75.14 kJ + (-92.30 kJ) = - 167.44 kJ

Böylece sulu çözeltideki H+ ve Cl- iyon çiftleri için standart oluşum entalpisi elde edilmiş olur.
Ayrıca asit, baz ve tuz çözeltilerinin reaksiyon entalpilerinden yararlanılarak iyon gruplarının standart oluşum entalpileri benzer şekilde hesaplanabilir.
Burada görüldüğü gibi elde edilen standart oluşum entalpisi iki iyonun birlikte ortaya koydukları dir ve Tek iyonların standart oluşum entalpilerini elde etmek isteyebiliriz. Birbirleriyle reaksiyon vermeyen elektrolitlerin seyreltik çözeltilerinde yapılan deneylerde, örneğin HCl ve KBr ün seyreltik çözeltileri karıştırıldığında hiç bir reaksiyon ısısı gözlenmez. Bu nedenle yeterince seyreltik çözeltilerin reaksiyon entalpilerinden yararlanılarak istenen iyonun reaksiyon entalpisi hesaplanması mümkün olabilir. Bununla beraber; pratik olarak tek bir iyon içeren reaksiyonlar mümkün olmadığından, iyonların standart oluşum entalpilerinin ölçülmesi mümkün olmaz. Bu nedenle ölçülen standart iyonlaşma entalpileri diğer iyonların standart oluşum entalpilerine bağlı kalır. Seyreltik sulu çözeltideki H+

[H+(**)] = 0

Böylece Cl- iyonu için 25 oC standart oluşum entalpisi

[Cl-(**)] = - 167.44 kJ - 0 kJ = -167.44 kJ

olarak hesaplanabilir.
Potasyum klorürün 25 oC deki sonsuz seyreltik çözeltisi için çözünme ısısı 17.18 kJ ve KCl(k) bu sıcaklıktaki standart oluşum ısısı - 435.87 kJ dür. Bu verilerden

[K+(**)] + [Cl-(**)] = 17.18 kJ + (-435.87 kJ) = - 418.69 kJ

olarak elde edilebilir. klorür iyonunun standart oluşum entalpisi -167.44 kJ olduğundan, potasyum iyonunun sonsuz seyreltik çözeltideki standart oluşum entalpisi

[K+(**)] = -418.69 kJ - (- 167.44 kJ) = -251.25 kJ
olarak belirlenebilir.
Bu sonuç 25 oC de hidrojen iyonunun sonsuz seyreltik çözeltisindeki standart oluşum entalpisinin sıfır olarak kabul edilmesinin bir sonucu olduğu unutulmamalıdır.
Standart oluşum entalpilerinin nasıl kullanıldığını anlamak için Ca2+ iyonlarının bulunduğu çözeltiden CO2 geçirdiğimizi düşünelim. Bu durumda yazacağımız tepkime

Ca2+(**) + CO2(g) + H2O(s) -----> CaCO3(k) + 2H+(**)

olacaktır.
Tepkime için ;
= 2 [H+(**)] + [CaCO3(k)] - [Ca2+(**)] - [CO2(g)] - [H2O(s)]

yazabiliriz.
Tablo değerlerinden yararlanarak;
= 2x(0 kJ) + (-1206.87 kJ) - (-542.96 kJ) - (-393.51 kJ) - (285.84 kJ) = + 15.44 kJ

olarak elde edilir. iyonunun oluşum entalpisi sıfır olarak kabul edilir.

Atom , Molekül , Mol Kütlesi

Atom Kütlesi

Maddeyi oluşturan tanecikler (atomlar, moleküller, iyonlar) en hassas terazilerle bile tartılamayacak kadar hafiftir. Bu nedenle madde miktarını karşılaştırmada bunların gerçek kütleleri kullanılamaz. Ancak karşılaştırma yoluyla bir atomun diğer bir atomdan kaç kat ağır ya da hafif olduğu belirlenebilir. Bilim adamları karbonun doğada en çok bulunan atomunu (C-12 izotopu) karşılaştırma atomu
olarak seçmişler ve diğer atomların kütlelerinin karşılaştırma atomunun kütlesinin kaç katı olduğunu gösteren bir kütle birim sistemi geliştirmişlerdir. Bu sistemde C-12 izotopunun kütlesi 12,0000 kabul edilmiş ve bunun 1/12 sine 1
atomik kütle birimi (akb) denilmiştir. Buna göre karbonun atom kütlesi 12 akb dir. Karbon atomundan 12 kez hafif olan hidrojenin atom kütlesi 1 akb, 2 kat ağır olan magnezyumun atom kütlesi 24 akb dir.
Atomların C-12 atomunun kütlesine göre belirlenen kütlelerine bağıl atom kütlesi denir. Elementlerin bağıl atom kütleleri birimsiz olarak da verilebilir. C:12, Mg:24, O:16, Ag:108 gibi.

Molekül Kütlesi

Bir bileşiğin bir molekülünü oluşturan atomların bağıl kütleleri toplamına bileşiğin molekül kütlesi denir. Örneğin; suyun molekül kütlesi 2 tane H ve 1 tane O atomunun bağıl kütleleri toplamına eşittir.
H2O nun molekül kütlesi = 2x1 +1x16 = 18 akb

Formül Kütlesi

İyonik bileşiklerin en basit birimi molekül değil iyonlardır. Bu nedenle iyonik bileşikler için molekül kütlesi terimi çok doğru değildir. Bunun yerine tüm bileşikler için molekül kütlesi yerine formül kütlesi terimini kullanmak daha doğrudur.
KNO3 ün formül (molekül) kütlesi = 1x39 + 1x14 + 3x16 = 101 akb

Mol ve Avogadro Sayısı

İtalyan bilim adamı Avogadro C-12 atomunun atom kütlesine eşit gram miktarında (12,0000 g) 6,02x1023 tane atom bulunduğunu saptamıştır. 6,02x1023 sayısına Avogadro sayısı denir ve NA ile gösterilir.
Daha sonra tüm elementlerin bağıl atom kütlesine eşit gram miktarlarında 6,02x1023 tane atomun bulunduğu saptanmıştır.
12 g C = 6,02x1023 tane C atomu
16 g O = 6,02x1023 tane O atomu
6,02x1023 sayısının maddenin içerdiği tanecik sayısını ölçmede kullanışlı olduğunu gören kimyacılar bu sayıyı mol olarak adlandırmışlardır. Mol, deste, düzine gibi bir sayma birimidir. Herhangi bir maddenin Avogadro sayısı (6,02x1023) kadar taneciğine 1 mol denir.
6,02x1023 tane C atomu = 1 mol C atomu
6,02x1023 tane H2O molekülü = 1 mol su molekülü

Mol Kütlesi

Bir elementin 1 mol atomunun gram olarak kütlesine o elementin mol kütlesi (ya da 1 atom-gramı) denir. Mol kütlesi MK ile gösterilir, birimi g/mol dür. Bir elementin mol kütlesi, sayıca o elementin atom kütlesine eşittir. Örneğin; sodyumun bağıl atom kütlesi 23, sodyumun mol kütlesi 23 g/mol dür.
6,02x1023 tane H atomu = 1 mol H atomu = 1g [ MK=1g/mol]
Bir bileşiğin 1 mol molekülünün gram olarak kütlesine o bileşiğin mol kütlesi (ya da 1 molekül gramı) denir. Bir bileşiğin mol kütlesi, o bileşiğin molekül kütlesinin gram olarak değerine eşittir. Örneğin; suyun molekül kütlesi 18 (akb), mol kütlesi 18 g/mol dür.
6,02x1023 tane CO2 molekülü = 1 mol CO2 molekülü = 44 g [ MK(CO2)= 44 g/mol]
Bir elementin mol kütlesi, bu elementin 6,02x1023 atomunun kütlesine eşittir. Bu elementin bir tek atomunun kütlesine gerçek atom kütlesi denir. Bir elementin gerçek atom kütlesi mol kütlesinin Avogadro sayısına bölünmesiyle bulunur.

Örneğin; demirin mol kütlesi 56 gramdır. Demir atomunun gerçek kütlesi; 56/6,02x1023=9,3x10-23 gramdır.
Benzer şekilde bir molekülün gerçek kütlesi, mol kütlesinin Avogadro sayısına bölünmesiyle hesaplanır. Örneğin; su molekülünün kütlesi; 18/6,02x1023 ≈ 3x10-23 gramdır.
Kütle – akb İlişkisi
C atomunun mol kütlesi 12,0000 g olduğuna göre, bir C atomunun kütlesi; 12/NA gramdır. C atomu kütlesinin 1/12 si 1 akb dir. O halde 1 akb nin gram olarak eşdeğeri; 12/(NA x12) =1/ NA dır. Buna göre;

Molar Hacim

Bir maddenin 1 mol ünün hacmine molar hacim denir. Katılar ve sıvıların molar hacimleri maddeden maddeye değişir. Ancak aynı koşullarda bütün gazların molar hacimleri birbirine eşittir.Sıcaklığın 0°C (273 K), basıncın 1 atm olduğu koşullara normal koşullar; sıcaklığın 25 °C (298 K), basıncın 1 atm olduğu koşullara oda koşulları denir. Bütün gazların molar hacimleri, normal koşullar altında (NKA) 22,4 litre, oda koşullarında 24,5 litredir.
Buraya kadar öğrendiklerimizi birkaç gaz için şöyle özetlenebilir.
6,02x1023 H2 molekülü = 1 mol H2 molekülü = 2 g = 22,4 L (NKA)
6,02x1023 CH4 molekülü = 1 mol CH4 molekülü = 64 g = 22,4 L (NKA)
6,02x1023 SO2 molekülü = 1 mol SO2 molekülü = 64 g = 22,4 L (NKA)
Aynı koşullarda gazların molar hacimlerinin eşit olması, hacimleri eşit olan gazların mol sayılarının eşit olması demektir. Başka bir deyişle aynı koşullarda bulunan iki gazın hacimleri oranı, gazların mol sayıları oranına eşittir.

Not: Soy gazların dışındaki gaz halinde bulunan elementler (H2, O2, N2, Cl2…) doğada çift atomlu moleküller halinde bulunur. Bu nedenle oksijen gazının formülü O değil O2, hidrojen gazının formülü H2 dir.
Formül Türleri
Bileşiklerin formüllerle gösterildiğini biliyorsunuz. Kimyada üç tür formül vardır. Bunlar basit formül, molekül formülü ve yapı formülüdür. Basit formül: Bir bileşiği oluşturan atomların türlerini ve sayıca birleşme oranlarını gösteren formüldür. Basit formüle kaba formül veya ampirik formül de denir.
Molekül formülü: Bir bileşiğin bir molekülünü oluşturan atomların türlerini ve gerçek sayılarını gösteren formüldür. Örneğin; benzen molekülü 6C, 6 H atomundan oluşur ve molekül formülü C6H6 dır. Benzende C ve H atomlarının birleşme oranı 6/6 ya da 1/1 dir. C6H6, atomların birleşme oranını gösterecek şekilde (CH) yazılarak bileşiğin basit formülü elde edilebilir. C2H4 ve C3H6 bileşiklerinin basit formülleri aynı olup CH2 dir.
(Basit formül) x n = Molekül formülü (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, …)
Örneğin; benzen için; (CH) x n = C6H6 oluğundan n=6 dır.
Yapı formülü: Bileşiği oluşturan atomların birleşme şekillerini gösteren formüldür. Örneğin; suyun basit ve molekül formülleri H2O, yapı formülü H – O – H tır. Yapı formülü bileşik hakkında en ayrıntılı bilgiyi veren formüldür.
Bir bileşikteki atomların cinsi, bağıl birleşme oranları ve bileşiğin kütlece yüzde bileşimi basit formül, molekül formülü veya yapı formülü yardımıyla bulunabilir. Ancak bileşiğin mol kütlesi, molekül formülü veya yapı formülü yardımıyla hesaplanabilir.

Bileşiklerin Yüzde Bileşimi

Bir bileşiğin 100 gramında bulunan elementlerin kütlelerine, bileşikteki elementlerin kütlece yüzdeleri denir. Örneğin; 100 g CaCO3 bileşiğinde 40 g Ca, 12 g C ve 48 g O vardır. Bileşikteki elementlerin kütlece yüzdeleri; %40 Ca, %12 C ve %48 O dur.