Ramazan Karakale - Academia.edu (original) (raw)

Uploads

Papers by Ramazan Karakale

Bir bakır yüzey üzerinde çembersel olarak dizilmiş 48 demir atomunun fotoğrafı (IBM Araştırma Şir... more Bir bakır yüzey üzerinde çembersel olarak dizilmiş 48 demir atomunun fotoğrafı (IBM Araştırma Şirketi Bölümü). Fotograf bir düşük sıcaklık taramalı tünelleme mikroskopu (STM) ile elde edildi. Çembersel halkanın çapı 143 nm'dir.°1. BÖLÜM: Maddeler ve Atom Maddenin doruklarından diplerine, katılar, sıvılar, gazlar dünyasından atomlar ve moleküller dünyasına inen bir gezinti yapacağız. İnsanoğlunun bu yolda neleri düşündüğünü ve neleri ürettiğini göreceğiz. Kimya, madde dünyasında yapacağımız bu heyecan verici yolculukta bizim yolumuzu aydınlatan en büyük rehber olacak. Bu bölümde madde ve maddelerin değişmesinin temel kavramlarını anımsatacağız. Bunu yaparken, yığın halindeki maddenin atom, molekül ve iyonlarına dikkat çekeceğiz. Gerçi atomların ve atom altı parçacıkların davranışı ile yığın halindeki maddenin davranışı aynı değildir. Bir altın atomunun davranışıyla ya da az sayıdaki altın atomunun davranışıyla bir altın külçesinin (bir altın bilezik diyelim) davranışı, aynı değildir. Bununla birlikte kaynama, buharlaşma, gazların konulduğu kabı doldurması, gaz kabındaki basıncın her yönde aynı olması gibi makraskopik davranışlar, atomlu yapının belirtileridir. Yine elementlerin sabit oranlarda bileşik oluşturması, katlı oran yasasına uyan bileşiklerin varlığı atomlu yapının kimyasal kanıtlarından olmuştur. Moleküller, atomlar ve atomaltı parçacıklar dünyası, kuantum kuramı ile açıklanıyor. Bu kurama 2. Bölümde değineceğiz. Y Ya aş şa am mı ın n h he er r a al la an nı ın nı ın nd da a k ki im my ya a i il le e k ka ar rş şı ıl la aş şı ır rı ız z.. Madde dediğimiz nesneler, kayalar, okyanuslar, bilgisayarlar, otomobiller, bakteriler, bulutlar, yıldızlar gibi pek çok değişik formda kendini gösterir. Kütlesi olan ve uzayda bir yer kaplayan her şeydir madde. Hepimizin vücudu karmaşık bir kimya laboratuvarıdır. Bunun için, doğanın nasıl işlediğini, doğada hangi yasaların yürürlükte olduğunu anlamak istiyorsak, kimya bilgisi ve temel kimya kültürü edinmeliyiz. M.C. Escher (1898-1972), Alman grafik sanatçısıdır ve geometrik boyutlarla ilginç resimler yaratmıştır. Yukarıdaki resim daha inanılmaz nasıl yapılır? Hayal gücü yalnız sanatta değil, bilimde de çok önemlidir. Einstein, bilimsel çalışmada yaratıcı hayal gücü, bilgiden daha önemlidir demiştir.

Fizikokimya, dört ana konu içerir: Termokimya, Kuantum Kimyası, İstatisiksel Mekanik ve Kinetik. ... more Fizikokimya, dört ana konu içerir: Termokimya, Kuantum Kimyası, İstatisiksel Mekanik ve Kinetik. Bu çalışma, termokimya ile ilgili problemleri ve onların çözümlerini içeriyor. Çalışma, Fizikokimya dersi alan üniversite öğrencilerine, TÜBİTAK ve Olimpiyatlara öğrenci hazırlayan öğretmenlere yardımcı olmayı hedefliyor. Problemler ve çözümlerinden önce bazı tablo ve şekiller içeren bir özet sunmanın yararlı olacağını düşündüm. Ayrıca her problemde verilmesi gereken hemen tüm sabitleri verdim. Değişik kaynaklardan sorular da bu çalışmada yer almış ve alınan kaynak, sorunun bitiminde yazarın adıyla belirtilmiştir. Çalışmanın sonunda yararlanılan tüm kaynaklar gösterilmiştir. Bazı sorular benzer olmakla birlikte ya farklı bir ayrıntı içermesi ya da farklı birimler kullanılması nedeniyle soru çözme pratiğine katkı amaçlanmıştır. Kavramları Anlayın! Termokimyasal fonksiyonlar, bazı özelliklerle ayrılır. Hal fonksiyonları (P, V, U, H, G..) ve yol fonksiyonları (özellikle w ve q) var. Hal fonksiyonları, izlenen yoldan bağımsız olarak son ve ilk hallerin farkına eşittir. İş ve ısı ise izlenen yola bağlı farklı değerler alır. Kavramların İngilizce kullanımlarını sık sık yinelemek, uluslararsı sınavlara hazırlanan genç insanlar için çok büyük bir katkıdır. Süreç/proses; tersinir/reversible; tersinmez/irreversible... gibi çiftleri özellikle kullanmak gerekir Madde miktarına bağlı olan kapasite özellikleri (extensive properties) var: Kütle, katı ve sıvılarda hacim gibi. Madde miktarına bağlı olmayan, şiddet özellikleri (intensive properties) var: yoğunlık, erime ve kaynama noktası gibi. Termokimyanın en temel iki kavramı iş (w) ve ısıdır (q). İç enerji değişimi (ΔU) bu iki nicelik üzerine kuruludur. ΔU= w + q. Değişik iş çeşitleri vardır; ancak ideal gazlar için başlıca iş, basınç −hacim işidir (PV işi). Bu iş, genleşme işi (w<0) ve sıkışma işi (w> 0) şekinde olabilir. Bu genleşme ve sıkışma, kısa sürede tek veya bir iki basamakta olabileceği gibi sonsuz küçük adımlarla çok yavaş olarak da yapılabilir. Bunlar sırayla tersinmez (irreversible) ve tersinir (reversible) süreçlerdir. Grafik ve Şekilleri Dikkatli İnceleyin! Sorudaki ya da grafikteki süreçleri (proses) ya da aşamaları iyi belirleyiniz. Süreç, izobarik mi; izokorik mi; izotermik mi, adyabatik mi? Tersinir mi? Bu süreçlerde sabit kalan ve değişen nicelikler nelerdir? Verilen sürecin denklemlerini kendiniz türetmeye çalışınız. İdeal gazlarla ilgili üç temel ilişki grafiklerde sık kullanılır : P −V; V− T ve P−T. Bu grafikler, Bölümün 9.3 Kesiminde verilmiştir. Birimler, Kavramlarımızın Işığıdır. Fizikokimyada öğrencilerin yaptığı yanlışların başında, birimlerin yanlış kullanımı geliyor. Örneğin ideal gaz denkleminin kullanımında, P ve V'nin birimleri ile ideal gaz sabitinin birimlerinin ilişkilendirilmesi önemlidir. Örneğin basınç atm, hacim litre alınıyor ya da veriliyorsa R= 0.082 L.atm/mol.K alınacaktır. Basınç, pascal (Pa); hacim metreküp (m 3) veriliyorsa R = 8.3145 J/mol.K alınacaktır. Bu konuda yetkinliğinizi artırmak için, her soruyu önce çözümüne bakmadan çözmeye çalışınız. İşaretlemeye Dikkat!... İş (w) ne zaman negatif işaretli olur? Isı (q) ne zaman hangi işareti alır? Bazı eski yayınlarda alınan ve verilen enerjiler için, iş için zıt işaretlemeler görülebilir. Bu konuda kimyacıların enerji ve entalpileri işaretlemede kullandığı yalın kural şudur: Sistemin (ideal gaz veya tepkime) kazandığı nicelikler pozitif; kaybettiği nicelikler negatif işaretle gösterilir. Ekzotermik tepkimelerde enerji, çevreye aktarıldığından entalpi değişimi negatif işaretlidir (ΔH <0); endotermik tepkimelerde enerji kazanıldığından entalpi değişimi pozitif işaretlidir (ΔH > 0). Tıpkı bunun gibi bir sistem, çevre üzerinde iş yapıyorsa (enerjisinden bir kısmını iş olarak çevreye transfer ediyorsa) bu iş negatif işaretlidir (w < 0). Tersine çevre, sistem üzerinde iş yapıyorsa yani sistem iş olarak enerji kazanıyorsa bu iş, pozitif işaretlidir (w > 0). Alt Başlıklar ve Problemlerin Sırası Problemleri sınıflamaya çalıştığımda bunun gerekli; ama çok zor olduğunu gördüm. Çünkü genel olarak bir problemin içeriği, az sayıda kavram demetinin sınırlarını aşıyordu. Yine de problem çözümlerine bazı ara başlıklar koydum. Örneğin Sabit Hacim Problemleri ara başlığının altında çok sayıda problemin içeriği sabit hacime dayalı olsa da onun sınırlarını aşan problemlerinde bulunduğu bilinmelidir. Okura Önerim Promlemleri, çözümüne bakmadan çözmeye çalışmanızın size çok şey katacağını umuyorum. Her soruyu çözmeyi deneyiniz; çünkü benzer görünen sorularda bile ya birimler farklıdır, ya çözüm yolları farklıdır ya da size çözüm için öneriler sunulmaktadır. Ancak problemleri çözmeye başlamadan önce aşağıda verilen özeti gözden geçirmeli ve kavramsal eksiklerini gidermeye öncelik vermelisiniz.