ATOMLAR, MOLEKÜLLERVE

ĐYONLAR

Yrd.Doç.Dr. İbrahim İsmet ÖZTÜRK

2. Atomlar, Moleküller ve Đyonlar

2.1. Atom Kuramı

2.2. Atomun Yapısı

2.2.1. Elektron

2.2.2. Radyoaktiflik

2.2.3. Proton ve Çekirdek

2.2.4. Nötron

2.3. Atom Numarası, Kütle Numarası ve Đzotoplar

2.4. Periyodik Çizelge

2.5. Moleküller ve Đyonlar

2.6. Kimyasal Formüller

2.6.1. Molekül Formülü

2.6.2. Kaba Formül

2.6.3. Đyonik Bileşiklerin Formülü

2.7. Bileşiklerin Adlandırılması

2.7.1. Đyonik Bileşikler

2.7.2. Moleküler Bileşikler

2.7.3. Asitler ve Bazlar

2.1. Atom Kuramı

Milattan önce beşinci yüzyılda, yunan filozofu

Democritus, bütün maddeleri, bölünemez veya kesilemez

anlamında atomos olarak adlandırılan, çok küçük, bölünmez

taneciklerden oluştuğunu öne sürmüştür.

Đlk bilimsel araştırmalardan elde edilen deneyselĐlk bilimsel araştırmalardan elde edilen deneysel

kanıtlar atom kavramına destek sağlamış ve zamanla element

ve bileşiklerin modern tanımlarının yapılmasına yol açmıştır.

Bugün atom adını verdiğimiz, maddenin bölünmez

yapı taşlarının tanımı, 1808 yılında, birĐngiliz bilim adamı ve

öğretmen olan John Dalton tarafından tam olarak yapılmıştır.

Dalton Atom Kuramı aşağıdaki gibi özetlenebilir:

1-Elementler atom adı verilen son derece küçük taneciklerdenoluşurlar.

2-Belli bir elementin bütün atomları birbirinin aynıdır, ancak bir elementin

atomları diğer bütün elementin atomlarından farklıdır.

3-Bileşikler birden çok elementin atomlarından oluşmuştur. Herhangi bir

bileşikteki iki elementin atom sayılarının oranı bir tam sayı yada basit tam sayılı

bir kesirdir.

4-Kimyasal tepkimeler, yalnızca atomların birbirlerinden ayrılması, birbirleri ile

birleşmesi yada yeniden düzenlenmesinden ibarettir.

Dalton atom kuramına göre, bir elementin atomları birbirinin aynıdır, fakat diğer

elementlerin atomlarından farklıdır.

3. varsayımda, bir bileşik oluşturabilmek için belli elementlerin belirli sayıda

atomlarına gereksinim olacağına işaret edilmektedir.

Sabit oranlar yasası bir bileşiğin farklı örneklerinde, bileşiği oluşturan

elementlerin kütlece daima aynı oranda bulunduklarını belirtir.

Dalton’un 3. Varsayımı diğer bir önemli yasa

olan katlı oranlar yasasınıda destekler

niteliktedir. Bu yasaya göre; iki element birden

fazla bileşik oluşturmak üzere birleşebilirse, bir

elementin belli bir kütlesi ile birleşen diğer

elementin farklı kütleleri arasında küçük tam

sayılı bir oran vardır.

Dalton’un dördüncü varsayımı, madde yoktan

var edilemez ve varken yok edilemez diye

bilinen kütlenin korunumu yasasının başka bir

ifadesidir.

2.2. Atomun Yapısı

Dalton atom kuramına göre,

atom bir elementin kimyasal olarak

birleşebilen temel birimi olarak

tanımlanabilir.

Dalton, atomu hem çok küçükDalton, atomu hem çok küçük

hemde bölünemez olarak düşünmüştür.

Oysa 1850’li yıllarda başlayıp 20.yy a kadar uzanan

araştırmalar, atomların atom altı tanecikler adı verilen daha da küçük

taneciklerden oluştuğunu göstermiştir. Bu araştırmalar elektron,

proton ve nötronların keşfine yol açmıştır.

2.2.1.Elektron

2.2.2. Radyoaktiflik

1895’te Alman fizikçi, Wilhelm Röntgen

katot ışınlarının, cam ve metallerin olağan dışı ışın

yaymasına neden olduğunu gördü. Yayımlanan bu

yüksek enerjili radyasyon, maddenin içinden

geçebiliyor, fotoğraf filmi levhalarını karartıyor ve

çeşitli maddelerinfluoresanışık yayımlamasınasebepçeşitli maddelerinfluoresanışık yayımlamasınasebep

oluyordu. Bu ışınlar bir mıknatıs etkisi ile

saptırılamadığından, katot ışınları gibi yüklü

tanecikler değildi. Röntgen bu ışınlara X-ışınları

adını verdi.

Wilhelm Röntgen tarafından oluşturulan, eşi Anna Bertha'nın elinin X-ı şını görüntüsü.

X-ışınlarının bulunuşundan hemen sonra Antoine

Becquerel, maddelerin fluoresan özelliklerini incelemeye

başladı. Tesadüf sonucu, kalın kâğıtla sarılmış fotoğraf

filmi levhalarının bir uranyum bileşiğinin etkisinde katot

ışınları olmadan da karardığını fark etti. Uranyum

bileşiğinden kaynaklanan bu ışınlar aynı X-ışınları gibi

yüksekenerjili idi ve bir mıknatısile saptırılamıyorlardı;yüksekenerjili idi ve bir mıknatısile saptırılamıyorlardı;

ancak X-ışınlarından farklı olarak bu ışınlar kendiliğinden

oluşuyordu.

Marie Curie, kendiliğinden tanecik ve/veya ışın

yayımlanması olgusunu betimlemek üzereradyoaktiflik

terimini önerdi. Bu nedenle, kendiliğinden radyasyon

yayımlayan herhangi bir elementeradyoaktif element

denir.

Daha sonraki

araştırmalar radyoaktif

maddelerin bozunması ya

da parçalanması ile üç tür

ışın oluştuğunu ortaya

koydu. Bu ışınlardan ikisi

artı ve eksi yüklü metalartı ve eksi yüklü metal

levhalar tarafından saptırılır

. Alfa (α) ışınları, α tanecikleri adı verilen artı yüklü taneciklerden oluşur

ve bu nedenle de artı yüklü levha tarafından saptırılır.Beta (β) ışınları ya daβ

tanecikleri, elektronlar olup eksi yüklü levha tarafındansaptırılırlar. Üçüncü çeşit

radyoaktif ışıma,gama (γ) ışınları adı verilen yüksek enerjili ışınlardan oluşur ve

gama ışınları yüksüz olup dışsal bir elektrik veya manyetik alan tarafından

etkilenmezler.

2.2.3. Proton ve Çekirdek

1900’lü yılların başında atomların

iki özelliği belli olmuştur, atomlar

elektronları içeriyordu ve elektriksel

olarak nötürdü. Elektriksel açıdan yüksüz

olabilmesi için bir atomda eşit sayıda artı

ve eksi yük bulunmalıydı. Bu bilgilerve eksi yük bulunmalıydı. Bu bilgiler

ışığında, Thomson, atomu içinde

gömülmüş halde elektronlar bulunan artı

yüklü bir küre olarak öneriyordu. Bu atom

modeli uzun yıllar boyunca atom kuramı

olarak kabul gördü.

α tanecikleri saçılması deneyinin sonuçlarını açıklayabilmek amacıyla,

Rutherford atom yapısı için yeni bir model oluşturdu ve bu modelde atomun büyük

bir kısmının boşluktan oluştuğunu öneriyordu. Böyle bir yapıdaα taneciklerinin

çoğu altın yaprağının içinden sapmadan yada çok az sapma yaparak geçebilirdi.

Rutherford atomdaki artı yüklerin tümünün atomun içinde yoğun ve merkezi bir

çekirdekte odaklandığını önerdi.

Böylece saçılma deneylerinde, herhangi birα taneciği bir atomun

çekirdeğine yaklaştığında büyük bir itici kuvvetle karşı karşıya kalıyor ve büyük

bir sapma yapıyordu. Ayrıca, doğrudan doğruya bir çekirdeğe doğru hareket eden

bir α taneciği hareket yönünü tam tersine çevirecek kadar büyük bir iticigüce

maruz kalacaktır.

Çekirdekteki artı yüklü taneciklere proton adı verilir. Yapılan başkaÇekirdekteki artı yüklü taneciklere proton adı verilir. Yapılan başka

deneylerde ise, bir protonun yükünün büyüklük olarak bir elektronun yüküne eşit

olduğu ve protonun kütlesinin de 1.67262x10-24 g, yani elektronun kütlesinin 1840

katı kadar olduğu bulunmuştur.

2.2.4. Nötron

Rutherford’un atom yapısı modeli önemli bir sorunu çözümsüz

bırakıyordu. Rutherford’un zamanında, en basit atom olan hidrojenin bir tane

proton, helyum atomunun ise iki tane proton içerdiği biliniyordu. Bu nedenle

helyum atomunun kütlesinin hidrojen atomunun kütlesine oranı 2:1 olmalıydı.

Oysa gerçekte bu oran 4:1 idi.

Hidrojen Atomu Helyum Atomu

Rutherford ve diğer araştırmacılar atom çekirdeğinde,

diğer bir atom altı tanecik bulunması gerektiğini

düşündüler. Bunun kanıtı 1932’de James Chadwick

tarafından sağlandı. Chadwick ince bir berilyum

levhasını α tanecikleri ile bombardıman ettiğinde,

berilyum metali α ışınlarına benzeyen çok yüksek

enerjili ışınlar yayımladı. Daha sonraki deneyler,buenerjili ışınlar yayımladı. Daha sonraki deneyler,bu

ışınların protonun kütlesinden biraz daha büyük bir

kütleye sahip, elektrik yükü taşımayan nötür taneciklerden oluştuğunu gösterir.

Chadwick bu taneciklere nötron adını verdi.

2.3. Atom Numarası, Kütle Numarası ve Đzotoplar

Bir elementin atomlarının çekirdeklerinde bulunan protonların sayısına

atom numarası(Z) denir. Nötr bir atomda protonların sayısı elektronların sayısına

eşittir. Bu nedenle, atom numarası aynı zamanda atomda bulunan elektronların

sayısını da gösterir.

Kütle numarası (A) bir elementin atomlarının çekirdeklerinde bulunan

protonvenötronlarınınsayısınıntoplamıdır.protonvenötronlarınınsayısınıntoplamıdır.

Bir atomda bulunan nötronların sayısı, kütle numarası ile atom

numarasının farkına eşittir (A-Z).

2.4. Periyodik Çizelge

Günümüzde bilinene elementlerin

yarısından çoğu 1800 ile 1900 yılları

arasında bulunmuştur. O yıllarda birçok

elementin benzer özellikleri olduğu

görülmüştür. Elementlerin fiziksel ve

kimyasal davranışlarındaki periyodikDmitri Ivanovich Mendeleyev

benzerliklerin anlaşılması, yapı ve

özellikleri ile ilgili çok miktarda bilginin

sınıflandırılması gerekliliği, periyodik

çizelgenin oluşturulmasına yol açmıştır.

Dmitri Ivanovich Mendeleyev(1834-1907)

PERĐYODĐK ÇĐZELGE

2.5. Moleküller ve Đyonlar

Molekül, en az iki atomun belli bir düzende kimyasal kuvvetlerle bir

arada tutulduğu atomlar topluluğudur. Bir molekülde tek bir elementin atomları

bulunabileceği gibi, iki veya daha çok sayıda elementin atomları sabit oranlar

yasasına uygun biçimde belli bir oranda birleşmiş olarak da bulunabilir.

H2 olarak gösterilen hidrojen molekülünediatomik (iki atomlu) molekül

denir. Moleküllerin büyük çoğunluğu ikiden çok atom içerir, bunlar üç tanedenir. Moleküllerin büyük çoğunluğu ikiden çok atom içerir, bunlar üç tane

oksijen atomundan oluşan ozonda olduğu gibi aynı elementin atomları olabilir ya

da iki veya daha çok sayıda elementin atomlarının birleşmesinden oluşabilir.

Đkiden çok atom içeren moleküllerepoliatomik (çok atomlu) moleküllerdenir.

Pozitif veya negatif yükü olan bir atoma yada atomlar grubuna iyon denir.

Nötür bir atomdan bir yada daha çok sayıda elektronun kaybedilmesi sonucunda

pozitif yüklü bir iyon, yanikatyon oluşur. Örneğin sodyum atomu kolaylıkla bir

elektron kaybederek sodyum katyonuna dönüşebilir. Diğer taraftan anyon,

elektron sayısındaki artış nedeniyle, yükü eksi olan bir iyondur. Örneğin, klor

atomu bir elektron alarak, klorür iyonuna dönüşür.

2.6. Kimyasal Formüller

Kimyacılar moleküllerin ve iyonik bileşiklerin bileşimini kimyasal

simgelerle ifade etmek için kimyasal formüller kullanılır.

2.6.1. Molekül Formülü

Molekül formülü bir maddenin en küçük biriminde bulunan elementlerin

atom sayısını tam olarak gösteren formüldür. Formüllerdeki alt indis herhangi bir

elementinatomsayısınıgösterir.elementinatomsayısınıgösterir.

H2O C2H4 CH3OH CH2Cl2

Oksijen (O2) ve ozonun (O3), oksijen elementinin allotropları’dır.

Allotrop , bir elementin iki veya daha çok sayıdaki farklı biçimlerine verilen

isimdir.

Molekül Modelleri

Günümüzde iki tip standart molekül modeli kullanılmaktadır. Top-çubuk

modeli ve uzay-dolgu modeli.

2.6.2. Kaba Formüller

Kaba formül bir molekülde hangi elementlerin bulunduğunu ve bu

elementlerin atomlarının en basit tam sayılı oranını gösterir, ancak moleküldeki

atomların gerçek sayısını göstermeyebilir.

2.6.3. Đyonik Bileşiklerin Formülleri

Đyonik bileşiklerin formülleri çoğu zaman kaba formülleri ile aynıdır.

Çünkü iyonik bileşikler bağımsız molekül birimlerinden oluşmazlar. Örneğin, katı

sodyum klorür ağ örgü yapıda dizilmiş eşit sayıda Na+ ve Cl- iyonlarından oluşur.

Böyle bir bileşikte katyonların anyonlara oranı 1:1 olup bileşik elektriksel olarak

yüksüzdür. Her bir Na+ iyonunun etrafında altı tane Cl- iyonu vardır, ayrıca bunun

terside geçerlidir. Bu nedenle, NaCl sodyum klorür’ün kabaformülüdür.

Đyonik bileşiklerin elektriksel açıdan nötür olabilmeleri için birim

formüldeki anyon ve katyon yüklerinin toplamı sıfır olmalıdır. Katyon ve anyonun

yükleri farklı ise; katyonun alt indisi sayısal açıdan anyonun yüküne, anyonun alt

indisi ise katyonun yüküne eşittir. Katyon ve anyon yükleri birbirine eşit ise alt

indislere gerek yoktur.

2.7. Bileşiklerin Adlandırılması

Önemli bir iyon olan amonyum iyonu (NH4)+ dışında incelediğimiz tüm

katyonlar metal atomlarından kaynaklanır ve metal katyonlarında adlarını

elementlerinden alırlar.

2.7.1. Đyonik Bileşikler

Đyonik bileşiklerin çoğu yalnızca iki elementten oluşan ikili bileşiklerdir.

Đkili iyonik bileşiklerde önce metal katyonunun adı söylenir, sonrada ametal

anyonun adı verilir. Buna göre NaCl’nin adı sodyum klorürdür. Anyonun adı,

element adına (klor) "ür" son eki eklenerek oluşturulur.

Bazı metaller özellikle geçiş metalleri birden çok katyon oluşturabilirler.

Örneğin demir iki tane katyon oluşturur: Fe2+ ve Fe3+. Aynı elementin farklı

katyonlarını belirtmek için Romen rakamları kullanılır. Örneğin artı bir yük için

Romen rakamı I, artı iki yük için Romen rakamı II gibi. Bu sisteme göre Fe2+ ve

Fe3+ iyonları demir(II) ve demir(III), ve Fe2+ içeren FeCl2 ile Fe3+ içeren FeCl3 ise

sırasıyla demir-iki klorür ve demir-üç klorür olarak adlandırılır.

Mn 2+ : MnO mangan(II ) oksit

Mn 3+ : Mn 2O3 mangan(III ) oksit

Mn 4+ : MnO 2 mangan(IV ) oksit

2.7.2. Moleküler Bileşikler

Moleküler bileşikler belirli ve bağımsız molekül birimleri içerirler.

Moleküler bileşikler genellikle ametallerden oluşurlar. Birçoğu ikili bileşiklerdir.

Đkili moleküler bileşiklerin adlandırılması ikili iyonik bileşiklerin adlandırılmasına

benzer. Formüldeki ilk elementin adını söyleyip ikinci elementin adının köküne

"ür" soneki koyarız."ür" soneki koyarız.

HCl: Hidrojenklorür SiC: Silisyumkarbür

Đki element birden çok sayıda bileşik

oluşturabilir. Bu durumlarda, bileşiklerin

adlandırılmasında ortaya çıkacak karmaşayı

önlemek için, bileşikteki elementlerin atom

sayısı yunanca ön ekleri ile belirtilir.

CO : Karbon monoksit

CO2 : Karbon dioksit

SO3 : Kükürt tri oksit

N2O4 : Diazot tetroksit

Adlandırmada ön ekler kullanılırken aşağıdaki kuralları uygulamak

yararlı olur;

• Birinci element için mono ön eki kullanılmaz. Örneğin PCl3 için monofosfor

triklorür yerine fosfor triklorür denir.

• Oksitler adlandırılırken bazen ön ekteki a atlanır. Örneğin N2O4 diazot teraoksit

yerine diazot tetroksit olarak adlandırılır.

Hidrojen içeren moleküler bileşikler adlandırılırken, yunanca ön ekler

kullanılmaz. Geleneksel olarak bu bileşikler yaygın olarak bilinen ve sistematik

olmayan adları ile yada hidrojen atomu sayısının belirtilmediği adlarla anılırlar:

2.7.3. Asitler ve Bazlar

Asitlerin Adlandırılması

Asit suda çözündüğünde hidrojen iyonları (H+) veren bir madde olarak

tanımlanabilir. Asitlerin formülleri bir anyon ile hidrojen atomu içerir. Adları "ür"

ile biten anyonların asitleri "hidro" ön eki ve "ik" son eki içerirler.

Hidrojen oksijen ve bir diğer element içeren asitlere oksiasitler denir.

Oksiasitlerin formülleri yazılırken genellikle önce H, sonra merkez elementi ve en

son da O yazılır.

HNO3 Nitrik asit

H2SO4 Sülfirik asit

Çoğu zamaniki veya daha çok sayıdaoksiasitteaynı merkez atomu,Çoğu zamaniki veya daha çok sayıdaoksiasitteaynı merkez atomu,

ancak farklı sayıda O atomu bulunur. Adları "ik" ile biten oksoasitlerden

başlayarak, bu tür bileşiklerin adlandırılması için aşağıdaki kurallar uygulanır.

1- "ik" asidine bir tane O atomunun eklenmesi: Bu durumda asit "per….ik" asit

olarak adlandırılır. Örneğin, HClO3 asitine ("ik") bir tane O atomu eklenmesi ile

klorik asit perklorik asit e dönüşür.

2- "ik" asidinden bir tane O atomunun çıkarılması: Bu durumda asit "öz" asidi

olarak adlandırılır. Buna göre, nitrik asit, HNO3, nitröz asite, HNO2 dönüşür.

3- "ik" asidinden iki tane O atomunun çıkarılması: Bu durumda asit "hipo….öz"

asiti olarak adlandırılır

Oksianyonlar adı verilen oksiasit anyonları aşağıdaki kurallara göre adlandırılır:

1- "ik" asidinden H iyonlarının hepsi çıkarıldığında, geriye kalan anyon adı "at" ile

sonlandırılarak adlandırılır. Örneğin, H2CO3’ten kaynaklanan CO32-, karbonat

olarak adlandırılır.

2- "öz" asidinden H iyonlarının hepsi çıkarıldığında, anyon adı "it" ile sonlanır. Bu

nedenle HClO2 nin anyonu ClO2-, klorit anyonudur.

3- Asitten bir yada daha çok sayıda H iyonu çıkarıldığında oluşan anyon adı,

anyonda kaç hidrojen olduğunu belirterek adlandırılır. Örneğin, fosforik asitten

kaynaklanan anyonlarşunlardır;

H3PO4 Fosforik asit

H2PO4- Dihidrojen fosfat

HPO42- hidrojen fosfat

PO43- Fosfat

Bazların Adlandırılması

Baz, suda çözündüğünde, hidroksit iyonları (OH-) veren bir madde olaraktanımlanır

NaOH Sodyum hidroksit KOH Potasyum hidroksit

Ba(OH)2 Baryum hidroksit

2.7.4. Hidratlar

Bileşimlerinde belli sayıda su molekülü bulunan bileşiklerdir. Örneğin

normal haldeki bakır(II) sülfatta, bakır(II) sülfat birimleri beş tane su molekülü

içerir. Bu bileşiğin sistematik adı bakır(II) sülfat pentahidrat olup, formülü

CuSO4.5H2O dur. Bu bileşikteki su molekülleri bileşiğin ısıtılması ile

uzaklaştırılabilir ve bazen susuz bakır(II) sülfat adı verilen CuSO4 elde edilir.