Bilim, tarafsız gözlem ve deneylerle elde edilen düzenli bilgi birikimidir. Herhangi bir bilimde bir konu üzerine atılan görüşler veya çözümler diğer bilim insanları tarafından tekrar sınanabilir ve sorgulanabilir. Bu nedenden dolayı hipotez, teori ve kanun gibi kavramlar ortaya çıkmıştır.
Hipotez: Herhangi bir problemi çözmek veya başka nedenlerden dolayı ortaya atılan görüşlere hipotez denir. Hipotez kısaca bilim adamının aklında beliren sınanmamış (test edilmemiş) bilgidir. Bilim adamları genellikle hipotezlerini sınamak için deney veya gözlem yapar.
Teori: Bir hipotez kısmen doğrulanır veya yeni bulgularla desteklenirse teori adını alır. Fizik, kimya gibi fen bilimleri dallarında deneylerle oluşturulan teorilerde, deneyler tekrar tekrar yapılır ve ölçüm konusunda çok hassas davranılır.
Günümüzde adını sık sık duyduğumuz evrim teorisi ve büyük patalama teorisi teorilere birer örnektir.
Kanun: Bir hipotez hiçbir kuşkuya yer vermeyecek şekilde doğrulanır ve herkes tarafından kabul edilirse kanun (yasa) adını alır. Örneğin: Newton tarafından bulunan; Enerjinin Korunumu Yasası ve Kütle Çekim Yasası.
I) Kimyanın Temel Kanunları
Her bilim dalında olduğu gibi kimyada da yasalar vardır. Konumuz gereği inceleyeceğimiz ve kimyayı uygularken aklımızda bulunması gereken kimyasal yasalar; kütlenin korunumu kanunu, sabit oranlar kanunu, katlı oranlar kanunu ve hacim oranları kanunu olmak üzere 4 tanedir.
A) Kütlenin Korunumu Kanunu (Lavoisier)
Lavoisier; kimyasal bir tepkimeye giren maddelerin kütleleri toplamının, tepkime sonucu oluşan ürünlerin kütleleri toplamına eşit olduğunu bulmuştur. Bu yasaya kütlenin korunumu yasası denir.
B) Sabit Oranlar Kanunu (Proust)
Bir bileşiği oluşturan elementler arasında sabit ve değişmeyen bir oran vardır. Buna sabit oranlar kanunu denir.
Örneğin; \(SO_3\) bileşiği 32 gram kükürt ve 48 gram oksijenden meydana gelmektedir – sabit oranı (mS/mO) 2/3’tür.
C) Katlı Oranlar Kanunu (Dalton)
Aynı elementlerden oluşan iki bileşikte elementlerde birinin miktarı sabit iken diğerinin miktarları arasındaki orana katlı oran denir. Bu oran hem kütle oranı hem de atom sayıları arasındaki orandır. Katlı oranın uygulanabilmesi için bileşiklerin iki elementten oluşması ve basit formüllerinin farklı olması gerekir. “\(CO\)– \(CO_2\), \(N_2O\)– \(N_2O_3\), \(NO_2\)– \(N_2O_5\)” gibi bileşiklerde katlı oranlar yasası uygulanabilir.
Örnek: \(SO_2\) (kükürt dioksit) ve \(SO_3\) (kükürt trioksit) bileşiklerinde Aynı miktarda kükürtle birleşen oksijen miktarları arasındaki oran 2/3tür.
D) Hacim Oranları Kanunu (Gay Lussac)
Kimyasal bir tepkimeye giren gazlarla, tepkimede oluşan gaz halindeki ürünlerin aynı koşullarda (aynı sıcaklık ve basınç) hacimleri arasında sabit bir oran vardır. Gay-Lussac tarafından önerilmiştir ve yalnız gazlara uygulanabilmektedir.
Örnek : \(N_2\)(g) + \(3H_2\)(g) → \(2NH_3\)(g)
1 Hacim + 3 Hacim → 2 Hacim
Dalton Atom Teorisi bu kanunu açıklayamamıştır. Gaz tepkimelerinde hacim korunmak zorunda değildir; ancak kütle korunmaktadır.
II) Modern Kimyada Atom
Atomlar maddenin temel yapı taşıdır, çok küçük olmalarına rağmen taramalı tünel mikroskobuyla incelenebilir. Atom Yunancada bölünemez anlamına gelen atomustan türemiştir. Atomus sözcüğünü ortaya atan ilk kişi MÖ 440’lı yıllarda yaşamış Demokritos’tur.
A) Atomu Oluşturan Tanecikler
Bir atom, çekirdek ve çekirdeği saran elektron bulutundan oluşmaktadır. Atomun çekirdeğinde pozitif yüklü proton ve yüksüz nötron; elektron bulutunda ise negatif yüklü elektron bulunmaktadır. Atomdaki proton sayısı elektron sayısına eşit olduğunda atom elektriksel olarak yüksüzdür. Elektron ve proton sayıları eşit değilse bu parçacık iyon olarak adlandırılır. İyonlar oldukça kararsız yapılardır ve yüksek enerjilerinden kurtulmak için ortamdaki başka iyon ve atomlarla etkileşime girerler.
B) Atom numarası, Kütle numarası ve İzotop Kavramları
Atom numarası: Bir atomda bulunan proton sayısı, elementi tanımlar ve atom numarası olarak adlandırılır. Atomda bulunan proton sayısı aynı zamanda, elementin kimyasal karakteri hakkında da bilgi verir.
Kütle Numarası: Atom çekirdeğindeki proton ve nötron sayılarının toplamına, o atomun kütle numarası denir. Kütle numarası “A” harfi ile gösterilir.
“Kütle numarası = proton sayısı + nötron sayısı”
İzotop: Aynı proton sayısına fakat farklı kütle numarasına sahip atomlara izotop atomlar denir. İzotop atomlar uzay keşiflerinde büyük rol oynar. Kimyasal özellikleri hemen hemen aynı olduğu için periyodik cetvelde aynı yerde gösterilirler. Örneğin; hidrojen atomunun (1 proton ve 0 nötron); 1 proton ve 1 nötron ve 1 proton ve 2 nötrondan oluşan 2 tane izotop atomu vardır.
C) İzoelektronik, İzoton ve İzobar Kavramı
İzoelektronik: Elektron dizilimleri ve sayıları aynı olan fakat proton sayısı farklı olan taneciklere izoelektronik tanecikler denir. İzoelektronik kavramında dikkat edilmesi gereken en önemli nokta elektron dizilimlerinin belli bir sayıdan sonra değişmesidir. Örneğin; \(N^{-3}\),\(F^{-1}\), Ne ve \(Na^{+1}\) taneciklerinde 10 tane elektron vardır ve hepsinin elektron dizilimleri aynıdır. Bu yüzden bu tanecikler izoelektronik taneciklerdir. Ancak \(_{21}Sc^{+2} (1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^1)\) ve \(_{19}K(1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^1)\) taneciklerinin elektron sayılarının aynı olmasına rağmen elektron dizilimleri farklıdır. Bu yüzden bu iki tanecik izoelektronik değildir.
İzoton: Yalnızca nötron sayıları aynı proton sayıları farklı olan taneciklere izoton tanecikler denir. İzoton taneciklerin proton sayıları farklı olduğu için taneciklerin kütle numarası da farklıdır.
İzobar: Yalnızca kütle numaraları aynı olan fakat proton sayıları farklı olan atomlardır. Bunlar farklı elementlere ait olduklarından yalnızca kütle numaraları aynıdır, diğer tüm tanecik özellikleri farklıdır.