Atomlar Moleküller ve İyonlar

1. ATOMLAR, MOLEKÜLLER
VE
ĐYONLAR
Yrd.Doç.Dr. İbrahim İsmet ÖZTÜRK

2. 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

3. 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

4. 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 deneysel
Đlk 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, bir Đngiliz bilim adamı ve
öğretmen olan John Dalton tarafından tam olarak yapılmıştır.

5. Dalton Atom Kuramı aşağıdaki gibi özetlenebilir:
1-Elementler atom adı verilen son derece küçük taneciklerden oluşurlar.
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.

6. 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.

7. 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.

8. 2.2. Atomun Yapısı
Dalton atom kuramına göre,
atom bir elementin kimyasal olarak
birleşebilen temel birimi olarak
tanımlanabilir.
Dalton, atomu hem çok küçük
Dalton, 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.

9. 2.2.1.Elektron

10. 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 maddelerin fluoresan ışık yayımlamasına sebep
çeşitli maddelerin fluoresan ışık yayımlamasına sebep
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-ışını görüntüsü.

11. 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
yüksek enerjili idi ve bir mıknatıs ile saptırılamıyorlardı;
yüksek enerjili idi ve bir mıknatıs ile saptırılamıyorlardı;
ancak X-ışınlarından farklı olarak bu ışınlar kendiliğinden
oluşuyordu.
Marie Curie, kendiliğinden tanecik ve/veya ışın
yayımlanması olgusunu betimlemek üzere radyoaktiflik
terimini önerdi. Bu nedenle, kendiliğinden radyasyon
yayımlayan herhangi bir elemente radyoaktif element
denir.

12. Daha sonraki
araştırmalar radyoaktif
maddelerin bozunması ya
da parçalanması ile üç tür
ışın oluştuğunu ortaya
koydu. Bu ışınlardan ikisi
artı ve eksi yüklü metal
artı 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 da β
tanecikleri, elektronlar olup eksi yüklü levha tarafından saptırılırlar. 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.

13. 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 bilgiler
ve 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.

14. 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 yapıda α 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.

15. Böylece saçılma deneylerinde, herhangi bir α 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 itici güce
maruz kalacaktır.
Çekirdekteki artı yüklü taneciklere proton adı verilir. Yapılan başka
Çekirdekteki 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.

16. 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

17. 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, bu
enerjili 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.

18. 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
proton ve nötronlarının sayısının toplamıdır.
proton ve nötronlarının sayısının toplamıdır.
Bir atomda bulunan nötronların sayısı, kütle numarası ile atom
numarasının farkına eşittir (A-Z).

19. 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 periyodik
Dmitri Ivanovich Mendeleyev
benzerliklerin anlaşılması, yapı ve
özellikleri ile ilgili çok miktarda bilginin
sınıflandırılması gerekliliği, periyodik
çizelgenin oluşturulmasına yol açmıştır.
Dmitri Ivanovich Mendeleyev
(1834-1907)

20. PERĐYODĐK ÇĐZELGE

21. 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 molekülüne diatomik (iki atomlu) molekül
denir. Moleküllerin büyük çoğunluğu ikiden çok atom içerir, bunlar üç tane
denir. 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 moleküllere poliatomik (çok atomlu) moleküller denir.

22. 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, yani katyon 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.

23. 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
elementin atom sayısını gösterir.
elementin atom sayısını gösterir.
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.

24. Molekül Modelleri
Günümüzde iki tip standart molekül modeli kullanılmaktadır. Top-çubuk
modeli ve uzay-dolgu modeli.

25. 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.

26. 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 kaba formülüdür.

27. 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.

28. 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.

31. 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.
Mn2+ : MnO mangan(II) oksit
Mn3+ : Mn2O3 mangan(III) oksit
Mn4+ : MnO2 mangan(IV) oksit

32. 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" son eki koyarız.
"ür" son eki koyarız.
HCl: Hidrojenklorür SiC: Silisyumkarbür

33. 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 trioksit
N2O4 : Diazot tetroksit

34. 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:

35. 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.

36. 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 zaman iki veya daha çok sayıda oksiasitte aynı merkez atomu,
Çoğu zaman iki veya daha çok sayıda oksiasitte aynı 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.

37. 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

38. 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 CO3
2-, 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 anyonlar şunlardır;
H3PO4 Fosforik asit
H2PO4
- Dihidrojen fosfat
HPO4
2- hidrojen fosfat
PO4
3- Fosfat

40. Bazların Adlandırılması
Baz, suda çözündüğünde, hidroksit iyonları (OH-) veren bir madde olarak
tanımlanır
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.