yaz okulu programı
Transkript
yaz okulu programı
1 ICINDEKILER Bilkent Kimya Bolumu Yaz Okulu Karsilama Yazisi.............................3 Bilkent Universitesi............................................................................4 Bilkent Universitesi Kimya Bolumu....................................................5 Kampus Haritasi.................................................................................6 Yaz Okulu Programi............................................................................7 Deneyler ve Demolar Polymerleşme Tepkimesi ve Naylon 6,10 Sentezi...........................8 Orange II Sentezi...........................................................................12 Kimyasal Salinim Reaksiyonlari......................................................14 Hidrojen Peroksit Bozunması ve Homojen Katalizör Etkisi............19 Sıvi Azot Deneyleri........................................................................20 2 Sevgili Katilimci, Uzun bir senenin ardindan, Bilkent Universitesi Kimya Bolumu'nun duzenlemis oldugu Kimya Yaz Okulu'nda hosgeldin. Turkiye'nin en prestijli kimya bolumu olan Bilkent Kimya Bolumu'nun, temel bilimler arasinda merkez bir konumda bulunan kimya bilimini lise kitaplarindan farkli ve daha ileri boyutlarda tartisacagi, icerigini teorik dersler ve temel konulari iceren deneylerin olusturacagi Bilkent Kimya 2012 Yaz Okulu ile ilgili tum bilgileri bu klasorde bulabilirsin. Dilegimiz, uc gun surecek olan okulda farkli bir bakis acisi edinmen ve kimya biliminin hem uygulamali hem de teorik altyapisini olusturan konulara dair fikir sahibi olmandir. Kitaplarin disina cikilaraktan hazirlanan bu okulda kimya bilimine olan farkindaligin ve ilginin artacagini ummaktayiz. Unutma ki, bilimin sorularinin cozulmesi ve ilerlemesi icin, yetenekli ve ilgili genclerin bilime gonul vermesi ve onun icin yorulmadan calismasi gerekmektedir. Bu gorevi yerine getirmek icin de, Bilkent Kimya Bolumu, universiteye adimini atacak olan kimyaya ilgili butun ogrencileri buyuk bir hevesle beklemektedir. Umariz keyifli ve tatmin edici bir yaz okulu gecirirsiniz. Prof. Dr. Sefik Suzer Bilkent Universitesi Kimya Bolumu Baskani Yard. Doc. Dr. Emrah Ozensoy Bilkent Universitesi Kimya Bolumu 3 BILKENT UNIVERSITESI Bilkent Üniversitesi; İhsan Doğramacı Eğitim Vakfı, İhsan Doğramacı Sağlık Vakfı ve İhsan Doğramacı Bilim ve Araştırma Vakfı kararıyla, 20 Ekim 1984'te kurulmuştur. Türkiye'nin ilk vakıf üniversitesi olan üniversitemizin hedefi, eğitim kalitesi, bilimsel araştırma ve yayınları ile kültür ve sanat faaliyetleri açısından dünyanın önde gelen üniversiteleri arasında yer almaktır. “Bilim Kenti”nin kısaltılmışı olan BİLKENT adı, bu amacı yansıtmak üzere üniversitemize verilmiştir. 1967'de Ankara'nın batısında geniş bir arazinin alınmasıyla başlayan Bilkent Üniversitesi'nin kuruluş hazırlıkları, 1970'lerin sonları ve 1980'lerin başlarında söz konusu vakıfların bina inşaatlarıyla devam etmiştir. Kampüsün ilk yapıları, bugün içlerinde Mühendislik Fakültesi ve Kütüphane'yi barındıran binalardır. Üniversite büyüdükçe ve öğrenci sayısı arttıkça bu yapıları kafeteryalar, yurtlar, konser salonu, spor salonları, yeni fakülte ve yüksekokul binaları izlemiş; zaman içinde ana okulu, ilköğretim ve lise düzeyinde okullarımız, iki sağlık merkezi, bilgisayar merkezi binası ve bilimsel araştırma merkezleri inşa edilmiştir. Bilkent Universitesi mezunlari, her türlü iş çevresinde ve dünyanın köklü eğitim kurumlarında Bilkent Üniversitesi'ni başarıyla temsil etmektedir. Mezuniyet sonrası planlarında öğrencilerine yol göstermek için 1988'de Kariyer Merkezi'ni kuran üniversitemiz, öğrencileri ve mezunları ile iş dünyası arasında çok güçlü bir bağlantı oluşturmuştur. Kariyer Merkezi, Türkiye'de bu amaçla bir üniversite bünyesinde açılan ilk birimdir. Bilkent Üniversitesi, kurulduğundan beri hemen her yıl öğretim üyesi başına düşen uluslararası bilimsel yayın sayısı bakımından Türkiye'nin en önde gelen üniversiteleri arasında yer almakta ve yükseköğretimdeki öncü rolünü sürdürmektedir. Bilkent Üniversitesi’nin kuruluş misyonu, tüm bilimler, teknoloji ve sanatı kapsayan bir öğrenme ve ilerleme ortamı oluşturarak, insanlığa hizmet etmek ve dünya barışını geliştirmektir. Bilkent’te eğitim sadece bir meslek edindirme amacının ötesine geçip, öğrencilere düşünmeyi ve öğrenmeyi öğretmeyi hedeflemektedir. Geniş yelpazede yer alan eğitim programları, bilimsel ve akademik girişimleri, kültür ve sanat etkinlikleri ile öğrencilerinin kendilerini bağımsız, çözümleyici ve eleştirel düşünebilen bireyler olarak geliştirmelerini, hayat boyu öğrenmeyi sürdürebilmelerini ve bu yolla geleceğin yetkin, yaratıcı, geniş görüşlü, etik ve sosyal sorumluluk sahibi liderleri olarak insanlığın ilerlemesine katkıda bulunmalarını hedeflemektedir. Üniversitenin eğitim felsefesi, yeni bilgiler üretenlerin bu bilgileri en iyi aktarma potansiyeline sahip kişiler olduğu inancına dayanmaktadır. 4 BILKENT UNIVERSITESI KIMYA BOLUMU Kimya, geleceğin teknolojilerinin biçimlenmesinde rol oynayan temel bilimlerdendir. Kimyanın araştırma alanları arasında maddenin kuvantum kuramı, ileri malzemeler, moleküler elektronik, kendi kendini düzenleyen moleküller, manyetik görüntüleme yöntemleri, süperiletkenler, egzotik moleküler yapılar, kaotik sistemler, lazerler, fotosentez ve yeni spektroskopik yöntemler bulunur. Kimya Bölümü'nde öğrenciler, ilk iki yıldaki temel fizik ve matematik derslerinden sonra kuvantum mekaniği gibi ileri derslerle güçlü bir pozitif bilimler temeli oluşturur. İkinci sınıfta başlayan analitik, organik ve üçüncü sınıfın inorganik kimya ile fizikokimya dersleri, geniş laboratuvar olanaklarıyla desteklenmiştir. Üçüncü yıl sonundaki yaz stajında uygulama deneyimi kazanan öğrenciler, son sınıfta gerçekleştirdikleri bitirme projesi ile bilimsel araştırma ortamlarına hazırlanırlar. Bazı öğrenciler bitirme projelerini yayımlama fırsatı bularak bilim literatüründe erkenden yerlerini alırlar. Öğrenciler; supramoleküler kimya, polimer kimyası, nükleer kimya, çevre kimyası ve endüstri kimyası gibi güncel alan derslerinin yanı sıra farklı bölümlerden fen bilimleri ve mühendislik dersleri de seçebilmektedir. Bölümün akademik kadrosu rehberliğinde sürdürülen deneysel ve kuramsal çalışmalar yüzey kimyası, gerçekçi ve model katalizörler, katıhal kimyası, yakıt pilleri, kendi kendini düzenleyen moleküller, nanokristaller, nanogözenekli malzemeler, sıvı kristaller, nükleer füzyon, radyoaktif atıkların yayılma özelliklerinin incelenmesi ve modellenmesi, polimer kimyası, supramoleküler kimya, moleküler anahtarlar, sensörler, moleküler ve mantık devreleri, moleküller arası enerji transfer süreçleri, sert kaplamalar ve malzemeler, ışık-molekül etkileşimlerinin kuvantum modelleri ve iletken polimerler gibi alanlardadır. Turkiye icerisinde verilen en prestijli bilim odulu olan TUBITAK Bilim Odulu'nu kazanmis olan uc ogretim uyesiyle Turkiye'de bu odulu en cok kazanan bolum olma unvanini da tasimaktadir. Bilkent Üniversitesi Kimya Bölümü mezunları, modern kimyaya yön veren bilim insanlarıdır. Çoğu yurtdışında yüksek lisans ve doktora eğitimlerine devam etmektedir. Brandeis, Cornell, Maryland, Northwestern, Princeton ve Texas A&M üniversiteleri, mezunların tam burslu olarak lisansüstü öğrenim gördükleri kurumlardandır. Bilkent Kimya Bolumu, 20'si tam burslu olmak uzere toplamda 35 ogrenciyi kabul etmektedir. 5 KAMPUS HARITASI 6 YAZ OKULU PROGRAMI 26 Haziran Salı 27 Haziran Çarşamba Nükle e r Kimyanin Çevre ve 08.40-09Arke olojiye Uygulamaları 08 Nükleer Kimyanin Çevre ve Arkeol 09.30-0909 09.4009.40 Ara Nükle e r Kimyanin Çe vre ve Arke olojiye Uygulamaları Nükleer Kimyanin Çevre ve Ara Nü NA 10.3010.30 Ara 10.4010.40 3.De rs: Işık-Madde Etkile şimi ve Işıkla Aktifle şe n ilaçlar 3.Ders: Işık-Madd 11.3011.30 Ara 11.4011.40 4.De rs: Işık-Madde Etkile şimi ve Işıkla Aktifle şe n ilaçlar 4.Ders: Işık-Madd 12.3012.30 Öğle Ye me ği 13.4013.40 1. De rs: Sıvı Kristalle rin Kimyası 1. Ders: Guve nlik Toplantisi Emrah Oze nsoy Sıvı Azot De moları & Guvenlik Toplantisi Emrah Ozensoy 2. De rs: Sıvı Kristalle rin Kimyası 2. Ders: Ara 3. De rs: Ultra Se rt ve Sürtünme siz Malze me le r 3. Ders: Ultra Sert ve Sür Ara 4. De rs: Ultra Se rt ve Sürtünme siz Malze me le r 4. Ders: Ultra Sert ve Sürt Öğle Ye me ği 28 Haziran Pe rşe mbe 1. Katalitik Nanoparçacıkların Gize mli Dünyası 1. Katalitik Nanoparçacıkların Gizemli 1 Ara 2. Katalitik Nanoparçacıkların Gize mli Dünyası 2. Katalitik Nanoparçacıkların Gizemli 2. Ka Ara 3. De rs: Yüze y Kimyası Şe fik Süze r 3. Ders: Yüzey Kimya Ara 4. De rs: Yüze y Kimyası Şefik Süze r 4. Ders: Yüzey Kimyası Öğle Ye me ği Öğre ncile rin Ge rçe kle ştire ce ği Boya Se nte zi De ne yi ve Öğrencilerin Gerçekleştireceği Kimyasal Kaos ve Döngüse l Te pkime De mosu Kimyasal Kaos ve Döngüsel Tepki Kimyasal Kaos ve Döngüsel Tepkime D K Sosyal Aktivite: Voleybol, Basketbol, Masa Tenisi Sosyal Aktivite : Piknik ve Mangal Bilke nt Kimya Bölümü Araştırma Bilkent Kimya Bölümü A Sosyal Aktivite: Ultimate Fre e zbe e 7 POLIMERLESME TEPKIMESI VE NAYLON 6,10 SENTEZI Polymer: Monomer adı verilen görece küçük moleküllerin birbirlerine tekrarlar halinde eklenmesiyle oluşan çok uzun zincirli moleküllerdir. (poly =çok, meros=parça) Teflon, plastik, protein, nylon vb... Polymerik Olarak Adlandırdığımız Malzemelerin Günlük Hayatımızdaki Yeri • Üzerimize giydiğimiz eşyalardan pekçoğu yün, pamuklu (selüloz) doğal polimerik maddelerden veya suni yollarla elde edilmiş olan polyester, poliakrilonitril (yapay ipek) gibi pekçok polimerik ürün kullanırız. • Paketlemede kullanılan malzemelerin hemen hepsi polimerik malzemelerden hazırlanmışlardır. Evlerimizde de benzeri pek çok malzeme kullanırız. Bu malzemelerin bazıları naylon olduğu gibi bazıları polipropilenden, polyesterden veya polietilenden yapılmıştır. • Gözlük camlarının yerini ise daha hafif ve kırma indisi camdan daha fazla olan polikarbonat gözlük camları almaktadır. Kontak lenslerde ise polimetilmetakrilat kullanılmaktadır. 8 Kimyasal Ayıraçlar Kimyada kullanılan ayıraç belli bir bileşik ile karakteristik bir reaksiyona girebilen, ve bu sayede o bileşiğin varlığını hatta miktarını belirlemeye yarayan ve reaksiyondan ürün üretmeye yarayan bir bileşiktir • Methyl Orange, asidik ortamda kırmızı bazik ortamda sarı renk verir. (http://en.wikipedia.org/wiki/Methyl_orange) pH 3.1 den düşükken Kırmızı pH 4.4’den büyükken Sarı • Methyl Red, Methyl Orange gibi asidik ortamda kırmızı bazik ortamda sarı renk verir fakat pH aralığı farklıdır. (http://en.wikipedia.org/wiki/Methyl_red) pH 4.4’den düşükken Kırmızı pH 6.2’den büyükken Sarı • Bromocresol Green asidik ortamda sarı bazik ortamda mavi renk verir pH 3.8 den düşükken Sarı pH 5.4’den büyükken Mavi • Phenol Phthalein çok asidik ortamda turuncu, normal ortamda renksiz, bazik ortamda pembe venr verir. ph 8.2 den düşükken renksiz ph 8.2 den büyükken Pembe 9 NAYLON 6,10 SENTEZI Güvenlik: • 1,6-diaminohexane ve Sebacoyl Chloride ciltle temas ettiğin tahriş edibilir buyüzden deney boyunca eldiven giyilmelidir. • Hexane yanıcıdır, alevden uzak tutulmalıdır • Güvenlik Gözlukleri deney boyunca çıkarılmamalıdır ! Cam Malzemeler Kimyasallar 1,62xBeher 250 ml diaminohexane Magnetik Na2CO3 Karıştırıcı Sebacoyl Pastur Pipet Chloride 2xbalık n-hexane Dereceli Silindir Ayıraç Miktar 5 gr 0,5 gr 1ml 100 ml 2-3 damla Prosedür • 5 gram 1,6 diaminohexane’i tartın. Tartıyı kullanırken, • Önce tartıya uygun büyüklükte, kağıt kesin. • Kağıdı tartının üzerine yerleştirdikten sonra ‘Tare’ tuşuna basarak, kağıdın darasını alın. • Tartı 0,00 g da sabitlendiğinde maddenizi ölçün. • 250 ml beher’in içine, dereceli silindirle ölçtüğünüz 50ml saf suyu ekleyin. • Ölçütüğünüz 1,6-diaminohexane tamamen suyun içinde çözünene kadar, balık ve Magnetik karıştırıcı yardımıyla karıştırın. • Karışımın üzerine 0,5 gr Soduim Karbonat (Na2CO3) ekleyin. • Elde etmek istediğiniz renge göre asistanınızdan kullanmak istediğiniz Ayıraçı isteyin. • Diğer beherin içine 100 ml hexane ekleyin. 10 • Hexane’ın içerisinde 1 ml sebacoyl cloride’ı , balık ve Magnetik karıştırıcı yardımıyla 2 dakika karıştırın. • Pasteur pippet yardımıyla, Sebacoyl cloride solusyonunnu yavaşça, 1,6-diaminohexane karışımının üstüne ekleyin. • Birbirine karışmayan iki sıvının yüzeyinde nylon oluşmayabaşlayınca Pasteur pipetinin etrafına sararak nylonu toplayın. Reaksiyon: Mekanizma: 11 ORANGE II SENTEZI Malzemeler: Kimyasal Sulfonilik Asit 2.5% Sodyum Karbonat Cozeltisi Sodyum Nitrit Buz Konsantre HCl 2-Naftol 10% Sodyum Hidroksit Cozeltisi Sodyum Klorur Doymus Sodyum Klorur Cozeltisi Miktar 2.4 g 25 mL 1g 12 g 2.5 mL 1.8 g 10 mL 5g 10 mL Arac-Gerec: Erlenmayer Beher Manyetik karistirici Dereceli Silindir 5 adet 1 adet 1 adet 1 adet Guvenlik: Sulfonilik asit cildi, gozu ve mukozayi tahris eder. Maruz kalindiginda cilde temas eden bolgenin bol suyla yikanmasi gerekir. Deney boyunca eldiven giyilmesi gereklidir. Sodyum hidroksit tum dokular icin yakici ve asindiricidir. Maruz kalindiginda cilde temas eden bolgenin bol suyla yikanmasi gerekir. Konsantre Hidroklorik asit de yakici ve asindiricidir. Deney boyunca eldiven giyilmesi tavsiye edilir. Sodyum nitrit cok miktarda kullanildiginda toksiktir, cildi ve mukozayi tahris eder. Eldiven giyilmesi ellerin korunmasini saglar. 2-Naftol oldukca toksiktir ve cilt tarafindan kolaylikla emilir. Ciltle temasi cildin soyulmasina ve cilt lekesine neden olur. Deney boyunca eldiven giyilmelidir. Sentezlenen Orange II tehlikeli bir madde degildir. Ancak ciltle temasinda cildi turuncuya boyar. Turuncuya boyanmamak icin eldiven giymeye deger. 12 Prosedur: • Sulfonilik Asitin Diazotize Edilmesi • 2.4 g sulfonilik asit tartip 125 mL’lik erlenmayere koyun. Uzerine 2.5% 25 mL sodyum karbonat cozeltisi ekleyin. Karisimi kaynayana kadar isitarak karistirin. Sulfonilik asitin iyice cozundugunu gorun. Erlenmayerdeki karisimi daha sonra musluk suyu altinda sogutun. • Erlenmayerdeki soguk cozeltiye 1 g sodyum nitrit ekleyin. Cozunene kadar karistirin. • 250 mL’lik beherde soguk asit cozeltisi hazirlayin. 12 g buzu behere koyun. Uzerine yavas yavas 2.5 mL konsantre HCl ilave edin. • Erlenmayerdeki soguk cozeltiyi beherdeki soguk asit cozeltisine dokun. 1-2 dakika icerisinde olusan diazonyum tuzu beyaz cokeltiler halinde coker. • Orange II Sentezi • 10 mL 10% NaOH cozeltisini bir beherin icinde sogutun. 1.8 g 2-naftol’u hazirladiginiz bazik cozeltinin icine dokun ve cozunene kadar karistirin. • 1. Partta sentezlenen diazonyum tuzu cozeltisine, sodyum hidroksit cozeltisi icindeki 2naftol’u ekleyin ve 5-10 dakika karistirin. • Karisimi isitin ve icine 5 g sodyum klorur ilave ederek 5 dakika daha karistirin. • Karisimi buz banyosunda sogutun. Beherde dibe coken madde sentezlediginiz orange II. Temizlik: Sentezlenen boyanin kullanilmayacak kisminin pH’i kontrol edilir. Notr degilse notralize edilir. Bol suyla calkalanarak lavaboya dokulur. 13 KIMYASAL SALINIM REAKSIYONLARI Salınım reaksiyonları kimyasal reaksiyonların en dikkat çekici reaksiyonları arasındadır. Reaksiyon türlerinden biri, kimyasal karışımların periyodik bir biçimde belli bir süre renk değiştirmesiyle olur. Örneğin, bir başka çalışmada, karışım periyodik olarak köpük, gaz patlaması yayar. Bu ilginç özellikleri sayesinde kolayca hatırlanabilir reaksiyonlardır. Belki de osilatör reaksiyonlarını ilgi cekici kılan onların beklenmedik renk değişikliği gibi tezatlıkları. Belli şartlar altında reaksiyon sadece bir yönde ilerler. Biz nadiren kendi kendine ters yönde ilerleyebilen çok az sayıda reaksiyonlar da bulabiliriz. Biz bu tür reaksiyonları kıyaslarsak, fiziksel osilatöre olan benzerliği dikkatimizi çekicektir mesela sarkaç buna güzel bir örnek olabilir. Sarkaç denge konumu boyunca bir uçtan diğer uca salınım yapar. Ve bu salınım boyunca kinetik enerji ve potansiyel enerji toplamı birbine eşit , sürekli olarak birbirne dönüşmeye eğilimlidirler.Bu fiziksel olaya benzer şekilde, kimyasal reaksiyonlarda da reaksiyonun denge konumundan sürekli olaraj iki farklı yöne kaydığı düşünülebilir. Fakat bu olay termodinamiğin ikinci kuralıyla çelişir. İkinci kural bize denge konumuna gelen kimyasal bir sistemin gelişigüzel sapamayacağını söylemektedir.Bu yüzden kimyasal reaksiyonlardaki osilasyon bir sarkacın osilasyonu ile aynı değildir. Çünkü kimyasal reaksiyonlar denge konumu boyunca salınım yapmazlar. Osilasyon yapan kimyasal reaksiyondaki salınımlar serbest enerjinin azalmasıyla sürdürülür. Bu azalma, tüm kimyasal reaksiyonlar yönlendiren şeydir, ancak tüm kimyasal reaksiyonlar osilasyon yapmaz.Osilasyon reaksiyonlarının kendilerine özgü bazı özellikleri olmalıdır onların bu beklenmedik salınımlarını sağlayabilecek. Bu özellik ise onların onların mekanizmasıyla alakalıdır. Onların mekanizmaları reaksiyon ilerledikçe bileşenlerin konsantrasyonunun ne kadar değiştiğini belirler.Ne kadar karışık bir mekanizmadan söz edersek o kadar kompleks bir değişim den bahsetmiş oluruz. Tepkimede salınım nasıl olur? Bilinen bütün kimyasal osilasyon mekanizmaları üç ortak özelliğe sahipler. • Osilasyon olduğu zaman, kimyasal karışım denge konumundan daha uzaktadır ve enerjin açığa çıktığı bu reaksiyon sürdürülür küçük bir enerji salınımıyla. • Enerjinin açığa çıktığı reaksiyonlar en az iki yolu takip edebilirler ve reaksiyon değişir 14 periyodik bir şekilde birinden digerine doğru değişir. • Bu yollardan biri ara ürün oluşturken diğeri bu ara ürünü tüketir. • Ara ürünün konsantrasyonu küçükken, reaksiyon onu üretecek yönde ilerler ve yüksek konsantrasyonda ara ürün oluşmasını sağlar. • Ara ürünün konsantrasyonu fazlayken, reaksiyon bunu tüketecek yönde ilerler ve ara ürünün konsatrasyonu azalır. Sonuç olarak reaksyion üretimin olduğu yolu seçer bir yoldan diğerine geçerek. Mavi Sivinin Kimyasal Gosterimi Deneyin Konusu: Mavi renkli çözelti önce saydam bir hale getirilecek sonrasında tekrar maviye dönecek. Deney amacı: Bu kimya deneyinde, mavi renkli bir çözelti kademeli olarak saf hale getirilecek. Deneyi gerçekleştirmek için gerekli talimatlar aşağıda verilmiştir. Deneyin kimyası ve kırmızısaydam- kırmızı ve yeşil ile kırmızı/yeşil, yeşil renk değişimleri açıklanacaktır. Mavi şişe reaksiyonu, uygun materyaller kullanılarak kolaylıkla yapılabilir. Araç- gereçler: Musluk suyu 1 adet 250 ml erlanmeyer şişesi, tıkaçları ile birlikte 2.5 gram glikoz 2.5 sodyum hidroksit %0.1 lik metil mavisi çözeltisi (3 ml) Prosedür: 2.5 gram glikoz erlanmeyerin içine konulacak. Erlanmeyer yarısına kadar musluk suyu ile doldurulacaktır. 2.5 gram sodyum hidroksit (NaOH) çözdürülecektir. 3 mililitrelik metil mavisi ilave edilecektir. 15 Deneyin Yapılışı Erlanmeyerin içine maddelerin hepsini koyduktabn sonra çalkalanır. Glikoz, çözünmüş dioksit tarafından oksitlendikten sonra, sıvı yavaşça renksiz bir hal alacaktır. Eğer bu deneyi farklı yogunlukta iki karışım için yapmış olsaydık, yoğunluk farkının kimyasal tepkime üzerindeki etkisi açık bir şekilde görülecektir. İki kat daha fazla madde içeren şişede, çözünmüş oksijen diğer şişeye göre yarı zamanda kullanılır. Şişeyi döndürdüğümüzde ya da çalkaladığımızda mavi renk tekrar ortaya çıkacaktır. Tepkime birkaç kez tekrarlanabilir. Güvenlik ve Temizlik Yakıcı kimyasallar içeren çözeltilerle direk temastan kaçınınız. Mavi Şişe Reaksiyonunun Çalışma Prensibi CH2OH–CHOH–CHOH–CHOH–CHOH–CHO + 1/2O2 --> CH2OH–CHOH–CHOH–CHOH–CHOH–COOH Bu tepkimede glikoz ve aldehit oksijen tarafından yavaşça glukanik aside oksitlenecektir. Glukonik asit sodyum hidroksit varlığında sodyum glukonata dönüşecektir. Metil mavisi, oksijenin yer değiştirmesini sağlayan taraf olarak tepkimeyi hızlandırır. Glikozu oksitleyerek, metil mavisi kendini indirger ve renksiz bir hal alır. Eğer ortamda yeteri kadar havadan gelen oksijen varsa, metil mavisi tekrar oksitlenir ve eski mavi rengine geri döner. Zaman geçtikçe, glikoz, metil mavisine indirgenir ve çözeltinin rengi kaybolur. Seyreltik çözeltilerde, bu tepkimeler 40 ile 60 derece arasında gerçekleşirken, derişik çözeltilerde bu tepkimeler oda sıcaklığında gözlenebilir. Briggs-Rauscher Tepkimesi Kimyasal Malzemeler: Kimyasal 30% Hidrojen Peroksit (H2O2) Malonik Asit (CCH2(COOH)2) Mangan(II) Sülfat Monohidrat (MnSO4 . H2O) Nişasta Potasyum İyodat (KIO3) 16 Miktar 40,00 mL 1.56 g 0,34 g 0,40 g 4.30 g Sülfürik Asit (konsantre) (H2SO4) Araç - Gereç: 0,50 mL Malzeme Beher (500 mL) Erlen (250 mL) Dereceli Silindir (100 mL) Isıtıcı Manyetik Balık Adet 1 3 1 1 1 Güvenlik: Hidrojen Peroksit kuvvetli oksitleyici bir kimyasal maddedir. Dekomposizyonu sonucu açığa çıkan oksijen organik maddelerin yanmasına ve aşırı basınca sebep olabilir. Gözler, cilt, burun, boğaz, ve ciğerler için tahriş edici özelliğe sahiptir. Bu kimyasalla çalışma esnasında ürünün, yün, odun kağıt kömür ve benzeri yanabilen organik malzemelerle temasından kaçınılmalıdır. Sülfürik asit renksiz, kuvvetli bir mineral asittir. Su ile karışması esnasında yüksek bir ısı açığa çıkar bu sebeple asit seyreltileceği zaman suyu aside değil, asidi suya ilave etmek gerekmektedir. İnsan sağlığı açısından çok tehlikeli bir madde olup, gözler, cilt, burun, boğaz, ve ciğerler için tahriş edici özelliğe sahiptir. Vücudun bir yerine temas ettiği zaman yüzey hemen kurulanmalıdır ve daha sonra suyla yıkanmalıdır. Prosedür: • Solüsyon A: 1. Erlende 4,30 gram potasyum iyodat 100 mL distile su içinde çözdürülür, daha 0,50 mL konsantre sülfürik asit eklenip karıştırılır. • Solüsyon B: 2. Erlene 1,56 gram malonik asit ve 0,34 gram mangan(II) sülfat monohidrat eklenir ve üzerine 100 mL distile su eklenir ve karıştırılır. Çözeltiye 0,4 gram nişasta eklenir ve çözünmesi için manyetik balık kullanarak ve ısıtarak karıştırılır. • Solüsyon C: 3. Erlende 40 mL hidrojen peroksit (%30 luk) 100 mL’ye seyreltilir. • Solüsyon A ve Solüsyon B beherin içinde manyetik balık kullanılarak karıştırılır. Karıştırma 17 işlemi devam ederken Solüsyon C eklenir. Temizlik: Karışım ağır metal atık kutusuna dökülmeli, araç gereçler bol su ile yıkanmalıdır. 18 HIDROJEN PEROKSIT BOZUNMASI VE HOMOJEN KATALIZOR ETKISI Kimyasal Malzemeler: Kimyasal Hidrojen Peroksit (30%) Doymuş Potasyum İyodür Çözeltisi Deterjan Boya (Orange II vb.) Miktar 30 mL 10 mL 3-5 mL 2g Araç - Gereç: Malzeme Dereceli Silindir Beher Adet 4 1 Güvenlik: Hidrojen peroksit (düşük konsantrasyonlarda örneğin 3%) kolay ulaşılabilir bir materyal olmak ile birlikte medikal amaçlar için kullanılmaktadır. Ancak düşük konsantrasyonlarda olsa bile yutulması tehlikelidir. Yüksek konsantrasyonlu hidrojen peroksit agresif oksitleyici özellik gösterir ve insan cildi de dahil olmak üzere pek çok maddeyi aşındırabilmektedir. İndirgen maddeler varlığında şiddetli reaksiyon vermektedir. Mümkün olduğu kadar deri ve kıyafetler ile teması engellenmelidir. Yüksek oranlarda hidrojen peroksit ve potasyum iyodür kullanılırsa, reaksiyon şiddetli bir şekilde gerçekleşebilir. Bunun için oranların normal oranlarda tutulması ve çevreye zarar vermemek için kontrollü bir şekilde gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Prosedür: • Behere öncelikle 5 mL deterjan ve 2 g boyadan elde edilen çözelti eklenir, • 30 mL 30% hidrojen peroksit bu karışımın üzerine eklenir ve boyanın deterjan ile birlikte hidrojen peroksit içinde dağılması sağlanır, • Daha sonra 10 mL doymuş potasyum iyodür çözeltisi eklenir. Eklenme işlemi hızlı yapılmalıdır. Temizlik: Reaksiyon sonucu çıkan köpükler çöpe atılabilir ve reaksiyon sonunda beherde kalan maddeler bol su ile yıkanarak lavaboya boca edilebilir. 19 SIVI AZOT DENEYLERI • Sıvı Azot Nedir? Nerelerde Kullanılabilir? Azot 5A grubunun ilk elementidir ve 2. Periyotta yer alır. Doğada gaz halinde bulunur ve atmosferin %78 ini oluşturur. Sıvı Azot ise yoğunlaştırma işlemiyle elde edilir ve çok düşük kaynama noktasına sahip olduğu için (≈ -196 oC) oda sıcaklığında sıvı halini koruyamaz ve doğada bulunduğu formuna yani gaz formuna dönüşür. Bu kadar özel bir sıvı insanların faydası için kullanılır ve elektronikten sağlık sektörüne, yiyecek sektöründen temel bilimlere kadar bir sürü alanda yer alır. Elektronikte; çeşitli bilgisayarların soğutma sistemlerinde, sağlık sektöründe; siğil gibi hastalıkları tedavide, yiyecek sektöründe; yiyeceklerin dondurulup saklanmasında ve temel bilimlerde ise; üreme hücreleri gibi soğuk ortamlarda saklanması gereken hücrelerin korunmasında kullanılmaktadır. Şimdi de sıvı azotun fiziksel özelliklerini ve çeşitli maddelere etkisini anlayabilmek için bir kaç basit deneyi inceleyelim. • Birinci Deney Balonu Sıvı Azotun İçine Daldırmak Bu deneyde bir adet balonu sıvı azot içine daldıracağız. Bu deneydeki amaç sıvı azota maruz kaldıktan sonra balona ve balon içindeki gaza ne olduğunu gözlemlemek. Bilindiği gibi maddenin üç halide (katı, sıvı ve gaz) sıcaklık değişimine tepki verir. Örneğin gazlar soğuyunca yoğunlaşabilirler çünkü soğuk ortamda gaz moleküllerinin sahip oldukları kinetik enerji azalır ve haliyle hızlarıda azalır. Bizim bu deneyde gözlemleyeceğimiz olay ise yoğunlaşmadır çünkü sıvı azot bize soğuk ortamı sağlamaktadır ve balon içindeki havada soğukla birlikte yoğunlaşacaktır. Soğukla birlikte yoğunlaşan havanın balonun çeperlerine yaptığı basınç azalacaktır ve azaldıkça balon inmeye ve büzüşmeye başlayacaktır. Buradaki önemli nokta ise, gaz kaçağı olmayacağı için balonu çıkarttığımızda ısınmaya başlayan hava yine balonun şişmesini sağlayacaktır. • İkinci Deney Çiçeği Sıvı Azotun İçine Daldırmak Bu deneyde, öncekinde balonu daldırdığımız gibi bir adet çiçek daldıracağız. Bunun 20 amacı ise daldırma işleminden sonra çiçeğe ne olduğunu gözlemlemek. Su hayatın kaynağıdır ve her canlı tabiatları gereği suya belirli ölçülerde ihtiyaç duyarlar. Çiçeklerde suya en çok ihtiyaç duyan varlıklardandır çünkü yaşamsal faaliyetler örneğin fotosentez gibi faaliyetler için su gerekmektedir. Bu deneyde ise bir önceki deneyde bahsettiğimiz maddelerin sıcaklık değişimine verdiği tepkilerden bir başkasını gözlemleyeceğiz. Her hücrede belirli oranlarda su bulunmaktadır ve çiçeğin yapraklarında da su vardır. Suyun donma noktası 0oC’dur ve doğal olarak sıvı azotun içine çiçeği daldırdığımızda ortam 0oC’un altındadır ve neticesinde su donmaya başlar. Donan su, bitki hücrelerinin de donmasını sağlar ve hücreler deforme olurlar. Adeta bütün hücreler küçük birer buz tanesi gibi olurlar ve çiçeğin yapraklarını ezdiğimizde veya bir yere vurduğumuzda kolayca paramparça olur. • Üçüncü Deney Sıvı Azot İçinde Kauçuk Tıpa Bu deneyde kauçuk tıpanın sıvı azot içerisindeki davranışını gözlemleyeceğiz. Bilindiği gibi kauçuk iyi bir ısı iletkeni değildir. Oda sıcaklığında bulunan kauçuk çok soğuk olan sıvı azot içerisinde bırakıldığında, adeta çok sıcak bir demir bilyenin suyun içine atılması gibi etki yapar. Yani sıvı azot hemen kaynamaya başlar. Bu olaya ısı transferi neden olmaktadır. Sıvı azota göre sıcak olan kauçuk tıpa sıvı azota ısısını aktarır ve azotun sıcaklığını yükseltir. Kauçuk tıpa bu durumda çok hızlı bir şekilde ısısını kaybeder ve dış yüzeyi hızlı bir şekilde soğur. Fakat iyi bir ısı iletkeni olmadığı için iç kısmı dışa göre sıcak kalır ve yaklaşık 5 dakika sonra tıpa çatlar. • Dördüncü Deney Sıvı Azot İçinde Bozuk Paralar Bu deneyde sıvı azot içerisine iki farklı madeni para türü atacağız. Birisinin içeriğini daha çok bakır, diğerininkini ise daha çok çinko oluşturmaktadır. Amacımız, bu iki farklı elementten oluşan malzemelerin çok düşük bir sıcaklıkta kırılganlığını anlamak ve kıyaslamaktır. 21 Superiletkenlik Bazi kimyasal elementler (civa), alasimlar (niobium-titanium), seramikler ve organik iletkenler, belli bir sicakligin altina dusuruldugu zaman, materyeldeki butun elektrik direncinin sifira inmesi olayina superiletkenlik denir. 1911 yilinda Isvec'te Heike Kamerlingh Onnes tarafindan kesfedilen bu davranis, klasik fizik yasalari ile aciklanamayan ve kuantum mekaniksel Meissner Efekti ile karakterize edilen bir olaydir. Bilindigi uzere, elektrik akimini elektrik yuklu parcaciklar iletir. Katilarda bu iletim, dis enerji yorungelerinde bulunan elektronlarin hareketi ile saglanir. Bundan dolayi, bir cismin elektriksel iletkenligi, elektronlarinin ne kadar rahat ve duzgun hareket edebildigiyle orantilidir. Belli bir sicakliga sahip olan tum parcaciklarda oldugu gibi, dis yorungelerdeki elektronlar da termal salinimlara maruz kalir ve akima karsi bir direnc meydana gelir. Klasik fizikte bildigimiz direnc kavraminin idealize olmus sekli olan 'ideal iletken' kavrami, gunluk hayatta karsilastigimiz direnci aciklayabilse de, superiletkenlik konusunda yetersiz kalmaktadir. Klasik anlamda direncin idealize edilmesi demek, sifir elektrik iletkenligi demektir. Ote yandan, klasik direnc teorisi, elektromanyetik induksiyon ile birlikte, bir direncin icerisindeki toplam manyetik akinin zamana bagli olaraktan sabit kalacagini soyler. Halbuki, superiletkenler uzerinde yapilan deneyler, onlarin manyetik alani tamamen disarladigini ve iclerindeki manyetik akinin sifir oldugunu gostermistir. Her ne kadar tamamen aydinlatilamamis bir durum olsa da, bu etki, yani manyetik alanin bir superiletken tarafindan dislanmasi olayi fizikte Meissner efekti olarak gecer. Superiletken halindaki bir materyele disaridan manyetik alan uygulandigi zaman, materyel, teorik olarak, uzerine dusen butun manyetik alani disarlar. Bundan dolayi, uzerine yaklastirilan bir miknatis, kendi urettigi manyetik alan dislandigi icin belli bir yukseklikte dengeye gelecek ve havada asili kalacaktir. Basit miknatislarin olusturdugu manyetik alanin zamana gore sabit olmasi, onun her seferinde ayni yukseklikte denge konumuna ulasmasina sebep olacaktir. Ote yandan, miknatis, 'manyetik igneleme' adi verilen bir olay sayesinde de superiletkenin uzerinde kalmaya devam edecek, uzerinden kayip gitmeyecektir. Superiletken deneyinde de gozlemlenecek olay, Meissner efekti ile bir mikntasinin superiletken uzerinde havada asili kalmasidir. 22 23