Saf Madde ve Karışımlar

Saf olmayan maddeler temelinde element, bileşik ve karışımları sınıflandırmayı, karışımların ayrılmasında kullanılan bazı ayırma tekniklerini, elementlerin sembollerini ve bileşiklerin formüllerini öğreneceğiz. Çözünme olayının, çözücü ve çözünen moleküllerle ilişkisini, evsel katı ve sıvı atıkların kontrol edilmesini, geri dönüşüm ve yeniden kullanmanın önemini kavrayacağız.

1. BÖLÜM: MADDENİN TANECİKLİ YAPISI

Anahtar Kavramlar:

• Atom (çekirdek, katman, proton, nötron, elektron)
• Bilimsel bilginin özelliği
• Molekül

Atomun Yapısı

Kâğıdı ne kadar parçalarsak parçalayalım, elde ettiğimiz en küçük parça da yine kâğıt olup aynı özellikleri göstermeye devam edecektir. Gözünüzle göremeyeceğiniz kadar küçük olan maddeleri görebilmenizi sağlayan araç elektron mikroskobudur. Bu alet küçük bir cismi yaklaşık bir milyon defa büyütüp görülebilir hâle getirebilir.

Bir maddeyi oluşturan ve bu maddenin bütün kimyasal özelliklerine sahip olan en küçük parçacığına atom denir. Bazı atomlar, gruplar hâlinde birbirine bağlanarak molekül adı verilen daha büyük parçacıkları oluşturur. Bu durumu ilerleyen bölümlerde daha ayrıntılı inceleyeceğiz.

Atomun temel parçacıkları vardır. Bunlar: Proton, nötron ve elektronlardır. Atomu oluşturan temel parçacıklar farklı konumlarda bulunur. Proton ve nötron atomun merkezinde (çekirdek), elektronlar ise merkezin dışında yer alır.

Atomu oluşturan temel parçacıkların bir arada bulunması, bu parçacıkların farklı cins yükle yüklü olmasındandır. Aşağıdaki şekilde gördüğünüz gibi, atomun merkezinde “ + ” yüklü proton ve yüksüz nötron, çekirdekten belirli uzaklıkta ise “ – ” yüklü elektronlar bulunur. Elektronlar çekirdeğin etrafında sürekli dönme hareketi yapar. Elektronların dönme hareketini gerçekleştirdiği hacimli bölgelere katman denir.

Sorunla ilgili geçici çözüm yoluna “hipotez” denir. Yani, karşılaşılan bir soruna önerilen cevap veya bir çözüm olarak da söylenebilir. Bu hipotez, kısmen doğrulanır ve yeni bulgularla desteklenirse, teori haline gelir. Bir atomun kimliğini proton sayısı belirler. Aynı proton sayısına sahip atomlar, birbiri ile benzer özellik gösterebilir. Bir atomda proton ve elektron sayısı birbirine eşitse, bu atomlara “nötr atom” denir. Aşağıda verilen atom modellerini inceleyelim.

Fiziksel yollarla kendisinden başka maddelere ayrışmayan maddelere “saf maddeler” denir. Maddeler, hangi büyüklükte olursa olsun, atomlardan oluşur. Aynı cins atomlardan meydana gelen saf maddelere ise “element” denir. Bir elementin tüm atomları aynı özelliklere sahiptir, ancak farklı elementlerin atomları birbirinden farklıdır. Bu nedenle, elementlerin her biri özgün özelliklere sahiptir. Elementler sembollerle gösterilir.

GÜMÜŞ: Gümüş elementi, süs ve ziynet eşyalarının üretiminde kullanılır. Ayrıca, cam ya da metallerin üzerine gümüş boyayla kaplanarak ayna üretiminde de kullanılır.

CIVA: Gümüşümsü gri bir renge sahip ve zehirli bir madde olan cıva elementi, termometrelerin yapımında ve diş dolgularında kullanılır.

NİKEL: Arabaların kaplamalarında, musluklarda, paslanmaz tencere yapımında ve madeni paraların yapımında nikel elementi kullanılır.

İYOT: İyot elementi, deniz ürünlerinde ve sofra tuzlarının yapısında bulunur. Tıp ve eczacılık alanlarında da kullanılır.

ÇİNKO: Çinko elementi, mutfak eşyalarında, pil yapımında, otomotiv, elektrik ve donanım endüstrilerinde kullanılan döküm kalıplarının yapımında kullanılır.

DEMİR: İnşaat malzemelerinde, marul ve pekmez gibi besinlerde, kanın yapısında demir elementi bulunur. Bu element, bitkilerin ve hayvanların yaşamı için son derece önemlidir.

KALAY: Kalay elementi, mutfak eşyalarının yapımında kullanılır. Ayrıca, çelik konserve kutularının kaplama maddesidir.

KURŞUN: Kurşun elementi, akü ve kablo imalatında, mühimmat eldesinde, benzin katkısı olarak ve makine üretiminde kullanılır.

BROM: Brom elementi, fotoğrafçılıkta kullanılır. Ayrıca, su arıtma bileşiklerinin, çeşitli ilaçların ve alevlenmeyi önleyici kimyasalların yapısında da bulunur.

PLATİN: Platin elementi, tellerin yapımında, kuyumculukta, petrol işlemesinde, elektrik kontaklarında ve diş yapımında kullanılır. Doğada nadir bulunduğu için oldukça değerlidir.

Su bileşiğinde, hidrojen ve oksijen olmak üzere iki farklı element bulunur. Hidrojen, yanıcı bir gaz iken oksijen, yakıcı bir gazdır. Ancak, bu iki element bir araya geldiğinde oluşan su bileşiği, söndürücü sıvı özelliğine sahiptir. Su bileşiğinin oluşması için 2 hidrojen atomu ile 1 oksijen atomunun birleşmesi gerekir.

Yemek tuzu bileşiğinde ise sodyum ve klor olmak üzere iki farklı element bulunur. Sodyum, gümüş renginde ve bıçakla kesilebilecek kadar yumuşak bir maddedir. Klor ise sarı, yeşil renkte ve zehirli bir maddedir. Sodyum ve klor elementlerinin bir araya gelmesiyle oluşan yemek tuzu bileşiği, şeffaf, katı ve ufalanabilen bir maddedir. Yemek tuzu bileşiğinin oluşması için birer tane sodyum ve klor atomunun bir araya gelmesi gerekir.

Su ve yemek tuzu bileşiğinin oluşumunda görüldüğü gibi, bileşikleri oluşturan elementler belirli oranlarda bir araya gelirler. Aynı zamanda, bileşikler, kendilerini oluşturan elementlerin özelliklerini göstermez.

Elementlerin Sembolleri:

Günümüzde 120’e yakın element olduğu bilinmektedir. Element sembollerinin okunuşu birçok dilde farklılık gösterir. Ancak, bilimde ortak bir dil oluşturmak amacıyla element sembolleri, elementin Latince adındaki ilk harfleri kullanılarak belirlenir. Eğer aynı harfle başlayan başka bir element bulunuyorsa, element adındaki bir harf daha sembolde kullanılır. İlk harf büyük, ikinci harf küçük olarak yazılır.

Aşağıdaki tabloda, ilk 18 elementin numarası, adı ve kullanım alanı verilmiştir.

Daha önce öğrendiğimiz gibi, bileşikler formüllerle gösterilir ve elementler belirli oranlarda bir araya gelerek bileşikleri oluşturur. Aşağıdaki tabloda, bileşiklerin adı, formülü, molekül modeli ve kullanım alanları verilmiştir.

Karışımların özellikleri şunlardır:

• Karışımlar saf madde değildir.
• Karışımlar, kendini oluşturan maddelerin özelliklerini gösterir. Yani, karışımların oluşumu sonucunda yeni madde oluşmaz.
• Karışımı oluşturan maddeler istenilen her oranda birleştirilebilir.
• Karışımlar en az iki farklı maddeden oluşur.
• Karışımlar sembol veya formülle gösterilmez.
• Karışımlar fiziksel yollarla (buharlaştırma, yoğunluk farkı, damıtma vb.) ayrıştırılır.

Farklı büyüklükteki katı taneciklerden oluşan karışımları birbirinden ayırmak için eleme yöntemi kullanılır. Örneğin, çakıl-kum karışımını eleme yöntemiyle ayırabiliriz.

Katı taneciklerle karışmış sıvı maddeler, süzme yöntemiyle birbirinden ayrılır. Örneğin, içinde yaprak tanecikleri olan çay, süzme işleminden sonra yapraklarından ayrılmış olur.

Demir gibi mıknatısın çektiği maddeleri karışımdan ayırmak için mıknatıs kullanılır. Örneğin, demir tozu ile toz şeker karışımına mıknatıs yaklaştırıldığında demir tozları mıknatıs tarafından çekilerek karışımdan ayrılır.

Homojen karışımlarda, karışan maddeleri birbirinden ayırmak için buharlaştırma yöntemi kullanılır. Bu yöntemde çözelti ısıtılırken zamanla çözücü madde olan su buharlaşır ve karışımdan ayrılmış olur. Böylece geriye çözünen madde kalır.

Sıvı-sıvı karışımlarında çözelti halindeki maddeleri birbirinden ayırmak için damıtma yöntemi kullanılır. Bu yöntemde, birbirine homojen olarak karışan sıvıların kaynama sıcaklıklarından yararlanılır.

Maddelerin ayırt edici diğer bir özelliği de yoğunluktur. Maddelerin yoğunluk farkından yararlanarak karışımı ayırabiliriz.

Tükettiğimiz maddeleri yeniden dönüşüm halkası içine katabildiğimizde, öncelikle bu maddelerin tekrar ham madde olarak kullanılmasını sağlamış oluruz. Bu sayede insan nüfusunun artışı ile paralel olarak artan tüketimin doğal dengeyi bozmasını, doğadan aldıklarımızı tekrar doğaya vererek az da olsa engellemiş oluruz. Ayrıca, yeniden dönüştürülebilen maddelerin tekrar ham madde olarak kullanılması, büyük miktarda enerji tasarrufunu mümkün kılar. Örneğin, yeniden kazanılabilir alüminyum kullanılması, sıfırdan imal edilmesine oranla %35’e varan enerji tasarrufu sağlamaktadır.

Çöpteki nesneleri ham madde olarak kullanarak, çevre kirliliğinin her geçen gün artmasını önlemiş oluruz. Hurda kağıdı, tekrar kağıt imalatında kullanıldığında hava kirliliğini %75-94, su kirliliğini %35, su kullanımını %45 azaltmış oluruz. Ayrıca, bir ton atık kağıdın kağıt hamuruna katılması, 4 ton odunun, belki de en az on senede yetişebilecek 12 cm çapında 20 ağacın kesilmesini önlemiş olur. Çevremize, doğaya, ülke ekonomisine ve kendimize olan sorumluluğumuzdan dolayı günümüzde hepimizin dönüşüm projelerine katılması gerekmektedir.