BROMĠNATÖR

BROMĠNATÖR
Bölüm 1:
Prof. Zaney Manhattan‟da yeni bir göreve getirilmiştir. Eski iş yerinden aceleyle ayrıldığı için
kimyasal madde deposunu temizletmeyi unutmuştur. Kimya bölümü, bunun üzerine birkaç lisans
öğrencisini görevlendirip kimyasal malzemeleri paketleyip New York‟a gönderilmesi için hazır hale
getirmelerini ister.
Öğrencilerden biri “Bu bromla ne yapacağız?” diye sordu ve ekledi “Prof. Zaney bu malzemeleri
hafta sonu gelip almak istiyor. Fakat bildiğim kadarıyla bu tip tehlikeli maddelerin karayoluyla
tünellerden ve köprülerden geçirilmesi yasak. Kimyasalların gönderilmesiyle ilgili prosedürleri
okuyup kurallara göre paketlemeye de yeterli zamanımız yok.”
Eddie “Benim bir fikrim var!” dedi. “Biz belki bu kimyasalları güvenli hale getirebiliriz.” “Bakalım
elimizde başka neler var, magnezyum, kalsiyum, hatta biraz da stronsiyum. Yapmamız gereken tek şey
elimizdeki bromu Dr. Zaney‟in arabasıyla taşıyabileceği zararsız bir tuz haline getirmek. Böylece
laboratuvarına döndüğünde tekrar brom ve metal olarak iki elementi birbirinden ayırabilir.”
Diğer öğrenci “Hımm, bence işe yarar gibi görünüyor. Peki, hangi metali kullandığımızın önemi var
mı?” diye sordu.
“Burada 1kg. kadar brom var, doktorun tek bir ürünle uğraşması daha iyi olacaktır, bu işi bana
bırakın.” diyen Eddie hemen laboratuvara girerek işe koyuldu.
1. Bromun bu metallerle tepkimeye girmesiyle hangi ürünlerin ortaya çıkması beklenmektedir?
Neden?
Toprak Alkali Metaller grubunda (2A) bulunan Mg, Ca, ve Sr değerlik elektron sayıları iki olduğu için
bu elektronunu kolaylıkla vererek bileşiklerinde +2 değerlik alırlar. Bu metallerin elektron
konfigurasyonu ile belirlenen değerliklerinin açıklaması aşağıda verilmiştir.
Mg: [Ne]3s2
Ca: [Ar]4s2
Sr: [Kr]5s2
Sahip oldukları değerlik nedeniyle Mg, Ca ve Sr ile Br2 arasında gerçekleşen reaksiyon sonucunda
metaller 2 elektron verip halojen grubuna ait brom 1 elektron alır. Bu sayede MgBr2 ; CaBr2 ; SrBr2
oluşur.
M + Br2 = MBr2
M harfi toprak alkali metal grubundan elementleri ifade etmektedir.
2. Aşağıdaki tepkimelerden elde edilecek ürünleri tahmin ediniz.
- 2Rb+ + S2- = ?
-2Cs+ + O2- = ?
Benzer şekilde Rb+ (Rubidyum) ile S2- (Kükürt) ve Cs+ (Sezyum) ile O2- (oksijen) arasında bir elektron
alış-verişi söz konusudur. Metal-ametal reaksiyonları sonucunda Rb2S ve Cs2O (farklı koşullarda
süperoksitler: Cs2O2 ve CsO2) oluşur.
2Rb+ + S2- = Rb2S
2Cs+ + O2- = Cs2O
3. Eddie‟ye hangi tavsiyelerde bulunurdunuz? Sizce hangi maddeyi kullanmaya karar verecektir?
Eddie;
Hangi metalden ne kadar bulunduğunu öğrenmeli,
Bromun bulunan miktarı ile metal tuzu oluşturmak için ne kadar metale gereksinim olduğunu
hesaplamalı
Elde edilecek tuzdan bromun nasıl tekrar elde edileceğini araştırmalı
Bölüm 2:
Bir süre sonra Eddie elinde kağıtlarla geri döndü. “Her metalden ne kadar brom tuzu elde edeceğimizi
görmek için bazı deneyler yaptım, fakat bu işte bir gariplik var.” dedi.
Aşağıda Eddie‟nin deney sonuçlarını gösteren grafik bulunmaktadır. Eddie herbir deneyde aynı
miktarda brom içeren bir kaba bilinen miktarlarda Mg, Ca, Sr eklemiştrir. Tepkime sonrası oluşan
metal bromürü ayırmış ve ağırlığını ölçmüştür. Oluşan tuz miktarına karşılık kullanılan metal
miktarını gösteren grafik çizmiştir. Fakat aceleyle x eksenine değerleri yazmayı unutmuştur.
4. Sizce Eddie bu deneylerde ne kadar brom kullanmıştır, nedenleriyle açıklayınız.
Grafikte değişen metal miktarlarına karşılık oluşan metal bromür tuzunun miktarı verilmektedir. Metal
miktarı sıfırken sınırlayıcı reaktif, metal olduğu için belli bir metal miktarına kadar reaksiyon için
gerekli brom yeterli olmaktadır. Ancak grafiğin platoya dönüştüğü noktadan itibaren artık ortamdaki
brom yeterli olmamaktadır ve brom sınırlayıcı reaktif konumuna gelir. Bu nedenle eğrinin metal
miktarından bağımsız hale geldiği nokta reaksiyonlar için kullanılan brom miktarını verecektir.
Elementlerin Molekül Ağırlıkları:
MAMg = 24.31 g/mol ; MACa = 40.08 g/mol ; MASr = 87.62 g/mol ; MABr = 79.90 g/mol
Bromun bir molü ile metaller arasında gerçekleşen reaksiyonlar:
Mg
+ Br2
24.31g
Ca
40.08g
Sr
= MgBr2
159.8g 184.11g
+
Br2
= CaBr2
159.8g 199.88g
+ Br2
= SrBr2
87.62g 159.8g 247.42g
Yaklaşık olarak grafikten okunan değerler;
MgBr2 : 11.8 g
n 11,8 g x
1mol
184,11 g
0.064mol
CaBr2: 12.8 g
n 12,8 g x
1mol
199,88 g
0.064mol
SrBr2: 15.8 g
n 15,8 g x
1mol
247,42 g
0.064mol
1 mol metal bromür 1 mol Br2 ile üretildiğine göre deneylerde kullanılan Br2 miktarı 0.064 moldür.
0.71 1.42 2.12 2.83 3.54 4.25 4.96 5.59
Mass of Metal (g)
5. Eddie kullandığı metal miktarı arttıkça oluşan tuz miktarının artmasını beklemiş, fakat neden bir
noktada oluşan tuz miktarının sabit kaldığını ve neden bu miktarın kullanılan her metal için farklı
olduğunu anlayamamıştır, bunun nedenini Eddie‟ye açıklayabilir misiniz?
4. soruda belirtildiği gibi sınırlayıcı reaktif dönüm noktasına kadar metal olmasına karşın, bu noktadan
sonra brom sınırlayıcı reaktif haline gelmiştir. Herbir metal bromürün 1 molü için gerekli metal
miktarı farklı olduğu için grafiğin dönüm noktaları farklıdır.
6. Elinizde 100g magnezyum, 300g. Kalsiyum ve 500g. Stronsiyum olduğunu düşünelim. Sadece bir
metal tuzu yapabileceğinize göre, sizce 1 kg. kadar brom için bunlardan hangisiyle tuz hazırlamak
daha mantıklı olurdu, sonuca nasıl ulaştığınızı anlatınız.
1000 g Br2 ün kaç gram metal ile reaksiyona gireceği aşağıdaki gibi hesaplanmaktadır:
1000g Br2
n
6.26 mol
159.8
g
x n mol
mol
Reaksiyonlarda görüldüğü gibi 1 mol Br2 1 mol Ca, 1 mol Mg ve 1 mol Sr ile birleşerek metal tuzu
oluşturmaktadır. Buna göre 1 kg Br2 ile reaksiyona giren metal miktarları;
mMg = 152 g ;
mCa = 251 g;
mSr = 549 g „dır.
Bu durumda Mg ve Sr yeterli olmamaktadır. Ca‟dan 49 g artacaktır. Bu nedenle CaBr2 seçilmelidir.
Bölüm 3:
Öğrenciler bir metal seçti ve metal bromür tuzunu hazırladı. Prof. Zaney‟e ne yaptıklarını anlattılar
fakat hangi metali kullandıklarını yazmayı unuttular. Profesör yeni laboratuvarına geldiğinde tuzun
kimyasal analizini yaptırdığında % 79,95‟nin brom olduğunu öğrendi.
7. Öğrenciler hangi metali kullanmışlardır?
Karışım yüzdeleri kullanılarak öğrenciler tarafından seçilen bileşik bulunabilmektedir. Aşağıdaki
hesaplamalara göre seçilen metal magnezyumdur.
MgBr2 deki Br2 yüzdesi:
CaBr2 deki Br2 yüzdesi:
SrBr2 deki Br2 yüzdesi:
159,8 g
184,11 g
159,8 g
199,88 g
159,8 g
247,42 g
%86,80
%79,95
%64,59
8. Prof. Zaney bu maddeden Br2yi nasıl ayırır?
Brom, genellikle deniz suyundan indirgenme yükseltgenme (REDOKS) reaksiyonları ile sıvı halde
elde edilmektedir. Burada klor gazı klorüre indirgenirken bromür iyonu broma yükseltgenmektedir.
Cl2(g) + 2Br-(aq) = Br2(l) + 2Cl-(aq)
Eo= 0.293 V
Benzer şekilde metal bromür tuzları suda bromür olarak çözündükten sonra klorür gazı geçirilerek
brom sıvısı elde edilir.
BROMINATÖR EĞĠTĠCĠ NOTLARI
Özet: Bu problemde öğrenciler: metal ve ametal tepkimeleri sonunda oluşacak bileşiklerin
formüllerini periyodik tabloyu kullanarak oluşturmayı, grafiksel olarak verilen bilgiden
sınırlayıcı reaktifin bulunmasını, stokiyometrik hesaplamalardan sınırlayıcı reaktifin
bulunmasını ve formül ile kütle bileşimi arasındaki bağlantıyı kurmayı öğreneceklerdir.
Anahtar Kelimeler: Stokiyometri, sınırlayıcı reaktif, iyonik bileşikler
Öğrenme Hedefleri:
1. Periyodik tablodaki yerlerinden elementlerin metal mi yoksa ametal mi olduğunu anlaşılması.
2. Bir metal ve ametal arasındaki elektron transferinin anlaşılması, elementlerin periyodik
tablodaki yerlerine bağlı olarak bunun neden oluştuğunun açıklanması.
3. 1, 2, 3 ve 5, 6, 7. grupların iyon yüklerinin ve bunların neden oluştuğunun öğrenilmesi.
4. İyonik bir bileşiğin formülünün periyodik tablo ve elektronların kararlılığı ilkesi kullanılarak
bulunması.
5. Grafiksel olarak verilen bilginin yorumlanması.
6. Sistemdeki sınırlayıcı reaktifin tanımlanması ve ürün veriminin bulunması.
Öğrenci için Kaynaklar:
Genel Kimya, İlkeler ve Modern Uygulamalar, R. H. Petrucci, W. S. Harwood, Cilt 1, Palme
Yayıncılık, Ankara, 2002
Periyodik Tablo: http://www.webelements.com/
Sınırlayıcı Reaktifi anlatan Java appletler: http://ir.chem.cmu.edu/applets/stoich/Applet.asp
Eğitici Notları:
EYN 1: Bromun fiziksel ve kimyasal özellikleri nelerdir? Brominatör hangi amaçla kullanılmaktadır?
Brom, koyu kırmızı kahve renkli, kötü kokulu, aşındırıcı, oda sıcaklığında sıvıdır. Peryodik cetvelde
VII A grubunda (halojenler) bulunan ve leş kokulu anlamında olan element ilk defâ Fransız kimyâcısı
Antoine Balard tarafından 1826 yılında bulunmuştur.
Brom suda az çözünür (20°C, 35 gr/L). Fakat karbon disülfür, karbon tetraklörür ve kloroform gibi
organik çözücülerde çok iyi çözünür. Elektronegatif yapısı nedeniyle, elektropozitif elementlerle
kolayca tuz oluşturur. Doğada da en çok alkali ve alkali toprak metallerinin (Na, K ve Mg) tuzları
olarak bulunur. Bromun tabiatta takriben eşit miktarlarda olan iki tâne kararlı izotopu mevcuttur ki
bunlar, Br.79, Br.81‟dir. Brom, bileşiklerinde -1, +1, +4, +5 ve +6 değerliklerini alabilir.
Brom bileşiklerinin yanmayı geciktirme ve yangını söndürme kullanılmaktadır. Etilen dibromür ve
metil bromür, zirâatta fâre ve böceklerle mücâdelede kullanılır. Ayrıca kuyu sularında
mikroorganizma oluşumunu engellemek amacıyla kullanılan organobromürler, brominatör adı verilen
cihazın içerisinde bulunur.
Dezenfeksiyon amacıyla kullanılan Brominatör
İlk soruda öğrenciye brom (Br2) ile metaller arasındaki kimyasal reaksiyon sonucu oluşan maddenin
formülünü bulmaları istenmektedir. Öğrencilerin metallerin elektron kaybetmeye, periyodik cetvelin
en sağında yer alan bromun da elektron almaya eğilimli olduğunu bilmesi gerekir. Elementlerin soy
gazlar sütunundan uzaklığına bağlı olarak kaç elektron verecekleri ya da alacakları
belirlenebilmektedir. İyon yüklerinden yola çıkılarak oluşacak tuzların formülleri yazılabilmektedir.
EYN 2: Periyodik cetvelde bakarak (a) bir baş grup metali; (b)bir baş grup ametali; (c)bir soy gaz; (d)
bir d bloku elementi ve (e) bir iç geçiş elementi belirleyiniz.
Periyodik tabloda elementler, sol üst köşeden başlanarak, atom numaralarının artışına göre yatay
olarak sıralanmışlardır. Bu düzenlemede benzer elementler dikey gruplarda ya da sınıflarda yer alırlar.
Elementler metaller ve ametaller olmak üzere iki büyük sınıfa ayrılmaktadır.
Periyodik Cetvelin Özellikleri :
1. Periyodik cetvelde düşey sütunlara grup yatay sıralara da periyot denir. 8 tane A (baş grup) 8 tanede
B olmak üzere 16 grup vardır.
2. Bir elementin bulunduğu baş grup numarası onun değerlik elektron sayısına eşittir. Örneğin element
7A grubundaysa değerlik elektronu 7, 3A grubundaysa değerlik elektronu 3 dür.
3. Aynı gruptaki elementlerin değerlik elektronları aynı olduğundan kimyasal özellikleri de aynıdır.
4. Periyodik cetveldeki gruplar şöyle adlandırılır.
GRUP ADI :
1A Alkali metaller
2A Toprak alkali metaller
3A Toprak metalleri
4A Karbon grubu
5A Azot grubu
6A Oksijen grubu
7A Halojenler
8A Soygazlar (asal gazlar)
B Geçiş Elementleri
5. Her periyot bir alkali metalle başlar ve bir soygaz ile biter. Hidrojen alkali metal olmadığından
sadece 1.periyot alkali metalle başlamaz.
6. Periyotlarda soldan sağa doğru gidildikçe asitlik özelliği artar, bazlık ve elektrik iletkenliği azalır.
7. Soldan sağa doğru atom çapı azalırken yukarıdan aşağıya doğru atom çapı artar.
8. Soldan sağa doğru iyonlaşma enerjisi artarken yukarıdan aşağıya doğru iyonlaşma enerjisi azalır.
9. Soldan sağa doğru çap azaldığı için elementlerin elektron ilgisi (elektronegatiflik) artar, yukarıdan
aşağıya doğru azalır.
10. Yukarıdan aşağıya doğru metalik özellik artar, soldan sağa doğru azalır.
Baş grup Metalleri: Mg, Ca, Sr, v.b I ve II A grubu elementleri
Baş grup Ametalleri: C, Br, N, O, Cl v.b III-VIIA grubu elementleri
Soy gazlar: He, Ne v.b VIIIA grubu elementler
d bloku elementleri: Cr, Mn v.b geçiş elementleri
İç geçiş elementleri: Lantanidler ve Aktinidler
EYN 3:
Sınırlayıcı Reaktif: Kimyasal reaksiyonda reaktifin biri tamamen tükendiğinde reaksiyon
tamamlanmaktadır. Sınırlayıcı reaktif, reaksiyonda ilk önce harcanan ve dolayısıyla reaksiyonun
yürümesini engelleyen reaktiftir.
Kütlenin Korunumu yasası: Kütlenin korunumu yasası, zaman zaman Lomonosov-Lavoisier kanunu
olarak da adlandırılan, kapalı bir sistemde var olan çevrimler ve işlemler ne olursa olsun, kütlenin
sabit kalacağını belirten kanundur. Denk bir ifadeyle açıklamak gerekirse kütlenin durumu yeniden
düzenlenebilir fakat kütle yaratılamaz veya yok edilemez. Böylece, kapalı bir sistem dahilindeki her
türlü kimyasal tepkime ve proseste tepkenlerin (yani reaktantların) kütlesi, ürünlerin kütlesine eşit
olmalıdır.
Değerlendirme Yöntemleri:
Öğrencilerin burada anlatılan “periyodik tabloyu ve sınırlayan reaktifleri kullanarak kimyasal
formüllerin bulunması” konusunu nasıl kavradıklarına bakılır. Bu bilgiler aşağıdaki gibi sorularla
saatlik bir sınav yaparak kontrol edilebilir.
EYS 1: Formül Bulma
Soru: Q elementi iki izotopludur: xQ (%57,3) ve (x+2) Q(%42,7).Bir xQ atomu 12C atomunun 10,0753
katı ağırlıktadır; bir (x+2)Q atomu ise 10,2420 katı ağırlığındadır.
a. Q‟nun ortalama atomik kütlesi nedir ve Q hangi atom olabilir?
b. İlk sorunun cevabını kullanarak Q‟nun - K
- Ca ile reaksiyon formülü nedir?
Cevap: Bir elementin bütün atomları aynı atom numarasına sahiptir. Ancak farklı kütle numarasına
sahip olabilmektedir. Bu tür atomlara izotop adı verilmektedir. İzotop çoğunlukla elementin adı ve
kütle numarası yazılarak belirtilmektedir. Tek bir atomun kütlesi yanlızca temel taneciklerin kütleleri
toplanarak bulunamamaktadır. Bu amaçla standart karbon atomu ile deneyler yapılarak karbon
atomuna göre elementlerin atom kütleleri belirlenmektedir. Karbon-12 kütlesinin 1/12sine atomik
kütle birimi adı verilir ve akb ile gösterilir. Deneyler sonucu elde edilen sonuçlar akb cinsinden ifade
edilmektedir. Atom kütlesi hesaplanan elementin doğada bulunma yüzdesine göre en ağırlıklı bulunan
izotopu periyodik tabloda belirtilmiştir.
Elementin atom kütlesi = İzotop (1) in x İzotop (1) in + İzotop (2) in x İzotop (2) in
bolluk kesri
kütlesi
bolluk kesri kütlesi
a. xQ atom kütlesi = 12 akb x 10,0753 = 120,9036 akb
x+2
Q atom kütlesi = 12 akb x 10,2420 = 122,9040 akb
Q atomunun ortalama atomik kütlesi = 0.573 x 120, 9036 akb + 0.427 x 122,9040 = 121,7578 akb
Q elementi periyodik tablodan
121, 75
Sb olarak
51
bulunur.
b. Değerliklerinden yola çıkılarak oluşabilecek reaksiyon formülü K3Sb ve Ca3Sb2‟dir.
EYS 2: Sınırlayıcı Reaktif
Soru: Bir deneyde 169 g kromit cevheri, 298g potasyum karbonat, 75,5 g O2 kapalı ortamda ısıtılmış
ve 194 g K2CrO4 elde edilmiştir.
a. Bu tepkimeyi anlatan kimyasal reaksiyonu yazınız.
Cevap: Potasyum Kromat, K2CrO4, kromit cevheri (FeCrO4) ile potasyum karbonat ve dioksijenin
yüksek sıcaklıklarda reaksiyonu sonucu oluşur:
4FeCr2O4(s) + 8K2CO3(s) + 7O2(g) 8K2CrO4(s) + 2Fe2O3(s) + 8CO2(g)
(Mol ağırlıkları: (g/mol): FeCr2O4, 223,84; K2CO3(s), 138,21; K2CrO4(s), 194,19; Fe2O3,159,69)
b. Potasyum kromatın yüzde verimini hesaplayınız.
Cevap:
4FeCr2O4(s) +
8K2CO3(s) +
7O2(g) 
8K2CrO4(s) +
0.76 mol
2.16 mol
2.36 mol
0.99 mol
-0.76 mol
-1.52 mol
-1.33 mol
1.52 mol
0
0.64 mol
1.03 mol
-0.53 mol
2Fe2O3(s) +
8CO2(g)
Reaksiyona giren reaktiflerin miktarlarından yola çıkılarak molleri hesaplanır. Sınırlayıcı reaktifin
kromit olduğu görülmektedir. Verilen miktarlarda reaktifler reaksiyona sokulduğunda 1.52 mol
potasyum kromat oluşması gerekirken 0.99 mol oluştuğu soruda belirtilmektedir. Bu durumda yüzde
verimi aşağıdaki gibi hesaplanmaktadır:
%Verim =
0,99
x100 = %65‟tir.
1,52

Download Report