Kimya bir dildir

Mutfak dolabındaki karbonat kutusunun arkasında NaHCO₃ yazar; ilaç kutusunun prospektüsünde C₉H₈O₄ gibi harf ve sayı dizileri görülür; bir havuz kimyasalının etiketinde Ca(OCl)₂ belirir. Kimya bilmeyen biri için bunlar şifre gibidir. Oysa her biri, birkaç kurala uyan bir dilde yazılmış kısa bir sözcüktür: hangi atomlardan, kaçar tane bulunduğunu söyler. Kimya derslerinin ilk haftalarında öğrenciler çoğunlukla konuyu değil bu dili kaçırır. CO ile Co'yu karıştıran, H₂O'daki 2'nin neyi saydığını bilmeyen biri, sonraki ünitelerde mol hesabında da tepkime sorusunda da aynı yerden tökezler. Bu ders kimyanın dilini üç katmanda kurar: harfler olarak element sembolleri, sözcükler olarak formüller, cümleler olarak kimyasal denklemler.

• Element sembollerinin yazım kurallarını uygular, büyük ve küçük harfin anlamı nasıl değiştirdiğini açıklarsın.
• Bir formüldeki alt indisleri, katsayıları ve parantezleri okuyarak her elementten kaç atom bulunduğunu sayarsın.
• Bir kimyasal denklemde girenleri, ürünleri ve hâl simgelerini okursun.
• Basit bir denklemi yalnız katsayıları değiştirerek denkleştirir, alt indisin neden değiştirilemeyeceğini açıklarsın.

Harfler: element sembolleri

Kimyanın alfabesi element sembolleridir. Her element bir ya da iki harfle gösterilir ve yazımın iki katı kuralı vardır: ilk harf her zaman büyük, varsa ikinci harf her zaman küçük yazılır. Hidrojen H, karbon C, oksijen O, kalsiyum Ca, klor Cl, magnezyum Mg sembolleriyle gösterilir.

Bu kural bir biçim tercihi değil, anlam taşıyan bir kuraldır. Co, kobalt adlı tek bir elementin sembolüdür. CO ise iki ayrı büyük harften oluşur ve bir karbon ile bir oksijen atomundan oluşan karbon monoksit bileşiğini gösterir. Yalnız harfin büyüklüğü değiştiği hâlde biri parlak bir metal, öteki zehirli bir gazdır. Bu yüzden sembol yazarken ikinci harfi büyük yazmak, bir sözcüğün yazımını değil anlamını değiştirir.

Sembollerin çoğu elementin Türkçe ya da İngilizce adının baş harflerine benzer, ama bazıları Latince adlardan gelir. Sodyumun sembolü Na'dır, çünkü Latince adı natrium'dur; potasyumun sembolü K'dir, Latince adı kalium'dur. Demir Fe (ferrum), bakır Cu (cuprum), gümüş Ag (argentum), altın Au (aurum), kurşun Pb (plumbum), cıva Hg (hydrargyrum) ve kalay Sn (stannum) de bu gruptadır. Bu sembolleri adlarından tahmin etmek mümkün olmadığı için kartla öğrenmek gerekir; bir sonraki ders bu kartları ilk yirmi element ve yaygın iyonlar için kuracaktır.

Sözcükler: formüller

Formül, bir maddenin hangi elementlerden ve hangi oranda oluştuğunu gösterir. Formül okumak için üç işaret yeterlidir.

Alt indis, hemen önündeki sembolün kaç atom olduğunu sayar. H₂O'da 2 yalnız hidrojene aittir: bir su molekülünde iki hidrojen ve bir oksijen atomu vardır. Alt indisi olmayan sembolün sayısı birdir.

Parantez, içindeki grubun bir bütün olarak tekrar ettiğini gösterir; parantezin dışındaki alt indis içerideki her atomu çarpar. Ca(OH)₂'de OH grubu iki kez bulunur: bir kalsiyum, iki oksijen ve iki hidrojen atomu vardır. Al(NO₃)₃'te NO₃ grubu üç kez tekrarlanır; bu yüzden üç azot ve dokuz oksijen atomu bulunur.

Katsayı, formülün önüne yazılan sayıdır ve bütün formülü çarpar. 3H₂O, üç ayrı su molekülü demektir: altı hidrojen ve üç oksijen, toplam dokuz atom. Katsayı ile alt indis farklı şeyleri sayar: alt indis bir taneciğin içini, katsayı tanecik sayısını.

Bazı maddeler için iki farklı formül kullanılır. Molekül formülü bir molekülde gerçekte kaç atom bulunduğunu, basit formül ise atomların en küçük tam sayılarla oranını gösterir. Glikozun molekül formülü C₆H₁₂O₆, basit formülü CH₂O'dur; çünkü 6, 12 ve 6 sayıları altıya bölündüğünde 1, 2 ve 1 kalır.

Sayının üç yeri

Bir formülün çevresinde sayı üç farklı yerde durabilir ve her yerde başka bir şey söyler. Sembolün sağ altındaki sayı, yani alt indis, o atomdan kaç tane bulunduğunu sayar. Formülün solundaki büyük sayı, yani katsayı, kaç tanecik olduğunu sayar. Sembolün sağ üstündeki sayı ve işaret ise taneciğin elektrik yükünü gösterir: Na⁺ bir elektron vermiş sodyum iyonu, O²⁻ iki elektron almış oksijen iyonu, SO₄²⁻ ise iki eksi yüklü bir atom grubudur. Üst indis atom saymaz; yalnız yükü bildirir. Bu üç yeri karıştırmamak, iyonların ve tepkimelerin dilini okumanın ön koşuludur.

Cümleler: kimyasal denklemler

Kimyasal denklem, bir tepkimeyi bir cümle gibi anlatır. Okun sol tarafına tepkimeye girenler, sağ tarafına oluşan ürünler yazılır. Ok "dönüşür" ya da "oluşturur" diye okunur. Maddelerin hâli formülün yanına parantezle eklenir: (k) katı, (s) sıvı, (g) gaz ve (suda) suda çözünmüş anlamına gelir. 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(s) cümlesi şöyle okunur: iki hidrojen molekülü ile bir oksijen molekülü, gaz hâlinde tepkimeye girerek iki sıvı su molekülü oluşturur.

Dilin dilbilgisi: atomlar korunur

Kimyasal tepkimede atomlar yok olmaz, yoktan da var olmaz; yalnız yeniden düzenlenir. Kütlenin korunumu olarak bilinen bu ilke denkleme şöyle yansır: okun iki tarafında her elementin atom sayısı eşit olmalıdır. Bu eşitliği sağlamaya denkleştirme denir.

Denkleştirmede yalnız katsayılar değiştirilir; alt indislere dokunulmaz. H₂ + O₂ → H₂O denkleminde sağda bir oksijen eksik görünür. H₂O'yu H₂O₂ yapmak oksijeni eşitler gibi görünür, ama artık su değil hidrojen peroksit yazılmıştır: alt indisi değiştirmek maddeyi değiştirir. Doğru yol, suyun önüne 2 yazmak, ardından hidrojeni eşitlemek için H₂'nin önüne de 2 yazmaktır: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Sonunda iki tarafta dörder hidrojen ve ikişer oksijen atomu vardır.

Denkleştirmede pratik bir sıra işe yarar: önce yalnız bir formülde geçen elementlerle başlanır, oksijen ve hidrojen sona bırakılır, en son her element bir kez daha sayılır.

Kimya nasıl çalışılır?

Bir dil, kullanılarak öğrenilir. Kimya çalışırken her yeni formülü sesli okumak, içindeki atomları saymak ve her denklemi bitirdikten sonra iki tarafı yeniden saymak, sonraki ünitelerin hepsinde kullanılacak bir alışkanlık kurar. Sembol ve iyon kartları bir sonraki derste, laboratuvar simgeleri ondan sonraki derste ele alınır; tanı testi ise bu dilin ne kadar oturduğunu ölçer.

Örnek 1 — Büyük ve küçük harf

Soru: NO ile No yazımları arasındaki fark nedir?

• A) İkisi de aynı elementi gösterir.
• B) NO bir elementtir, No bir bileşiktir.
• C) İkisi de bileşiktir.
• D) No tek bir elementin sembolüdür; NO azot ve oksijenden oluşan bir bileşiktir.
• E) Yazım farkı anlamı değiştirmez.

Çözüm: İkinci harfin küçük olması tek bir sembol olduğunu, iki büyük harf ise iki ayrı elementi gösterir. No, nobelyum elementinin sembolüdür; NO, azot monoksittir. Cevap: D.

Örnek 2 — Atom sayma

Soru: Mg(OH)₂ formülünde toplam kaç atom vardır?

• A) Üç
• B) Beş
• C) Dört
• D) Altı
• E) İki

Çözüm: Bir magnezyum, parantezin dışındaki 2 yüzünden iki oksijen ve iki hidrojen: 1 + 2 + 2 = 5. Cevap: B.

Örnek 3 — Denkleştirme

Soru: Mg + O₂ → MgO denklemi denkleştirildiğinde Mg'nin katsayısı kaç olur?

• A) Mg'nin önüne 2 yazılır
• B) Mg'nin önüne 1 yazılır
• C) Mg'nin önüne 3 yazılır
• D) Mg'nin önüne 4 yazılır
• E) Katsayı gerekmez

Çözüm: Oksijeni eşitlemek için MgO'nun önüne 2 yazılır; sağda iki magnezyum olduğu için soldaki Mg'nin önüne de 2 yazılır: 2Mg + O₂ → 2MgO. Cevap: A.

Örnek 4 — Hâl simgesi

Soru: NaCl(suda) yazımı ne anlatır?

• A) Katı sodyum klorür
• B) Sıvı sodyum
• C) Gaz hâlinde klor
• D) Erimiş tuz
• E) Suda çözünmüş sodyum klorür

Çözüm: (suda) simgesi maddenin suda çözünmüş olduğunu gösterir; tuzlu su gibi. Cevap: E.

• Sembolün ikinci harfini büyük yazmak. Co kobalttır, CO karbon monoksittir.
• Alt indisi bütün formüle uygulamak. H₂O'daki 2 yalnız hidrojeni sayar.
• Parantezin dışındaki sayıyı unutmak. Ca(OH)₂'de oksijen de hidrojen de ikişer tanedir.
• Denkleştirmede alt indisi değiştirmek. Alt indis değişirse madde değişir; yalnız katsayılar ayarlanır.
• Sembolleri adlarından tahmin etmek. Na, K, Fe, Cu, Ag, Au, Pb, Hg ve Sn Latince adlardan gelir.