Kimyasal Süreçler

Kimyasal süreçler


Arıtımeviler‎

Damıtma‎

Elektroliz‎

Kataliz‎

Korozyon‎

Kimyasal sentez‎

Simyasal süreçler‎

Kimyasal tepkimeler‎r

Hidrometalurji

Kristalizasyon

Solvay işlemi





Arıtımevi

Arıtımevi (rafineri), ham petrolün işlenip, benzin ve dizel gibi daha kullanışlı petrol ürünlerine dönüştürüldüğü üretimliktir (fabrika) Arıtımevleri genelde büyük borular ile donatılmış geniş alan kaplayan yapılar görünümündedirler



Damıtma‎

Damıtma, iki veya daha fazla bileşen içeren bir karışımın ısıtılıp, buhar ve sıvı faz oluşturmak suretiyle daha uçucu bileşence zengin karışımların elde edilmesini sağlayan ayırma işlemidir Distilasyon işlemi sırasında, buhar faz daha uçucu olan A bileşeni tarafından zenginleşirken, sıvı faz ise kaynama sıcaklığı daha yüksek olan B bileşenince zenginleşir Fakat yüzde 100 a içeren bir buhar faz elde edilemez

Diğer bir tanımlama ile; tüm bileşenlerinin uçucu olmak zorunda olduğu, yüksek oranlarda ayırmaya izin veren bir çeşit ayırma prosesidir İki veya daha fazla bileşenli sıvı karışımlarının ısıtılıp buhar ve sıvı faz oluşturulması suretiyle, daha uçucu bileşence zengin karışımların elde edilmesine denir

Distilasyonun gerçekleştirilebilmesi için temel şart, denge durumuna erişmiş buhar-sıvı sisteminde, buhar fazın sıvı fazdan farklı bileşime sahip olmasıdır Buhar ve sıvı faz bileşimleri aynı olursa, distilasyonda yeterli bir ayırma gerçekleşmez

Damıtma, özellikle organik bileşiklerin saflaştırılması ve ayrılmasında en çok kullanılan yöntemlerden biridir Kaynama noktasında bulunan bir sıvıya daha fazla ısı verilirse sıvının sıcaklığı artmaz, verilen ısı sıvının buhar haline dönüşmesini sağlar Sıcaklık, sıvının tamamen buhar halinde uzaklaşmasına kadar sabit kalır Bu yöntemle buhar basınçları farklı olan sıvılar birbiriniden ayrılabilir

Çeşitli parametreler göz önüne alınarak distilasyon çeşitlerinin sınıflandırılması mümkündür Çalışma şekline göre sürekli-kesikli; besleme akımına göre ikili sistem-çoklu sistem; alınan ürün akımının sayısına göre tek akım-çok akım; ayırma işleminde ek besleme akımı kullanılıp kullanılmamasına göre azeotropik-ekstraktif-tuz katkılı; kolon iç yapısına göre raflı kolon-dolgulu kolon gibi sınıflandırmalar mümkündür Ayrıca riflaks varlığına göre de sınıflandırma söz konusudur



Labaratuarda uygulanan basit bir damıtma örneği



Kısa yoldan damıtma yöntemi

Türleri

Normal atmosfer basıncında yapılan destilasyon türleri
Normal destilasyon: Kaynama sıcaklığına yakın sıcaklıklarda bozunmayan maddelere uygulanır

Fraksiyonlu destilasyon: Kaynama noktaları birbirine yakın maddelerin ayrılmasında kullanılır
Su buharı destilasyonu: Suda çözünmeyen ve miktarı az olan maddeleri uçucu olmayan karışımlardan ayırmak için özellikle madde 100 oC nin üzerinde kaynıyorsa ve kaynama noktasına yakın sıcaklıklarda bozunuyorsa su buharı destilasyonu kullanılır Kaynama sıcaklıklarının altında bozunabilen maddeler için de kullanılır
Kuru destilayon: Katı maddelerin ısı etkisiyle parçalanıp distile edilebilir maddeler vermesi ve bunların distile edilmesi esasına dayanırEn büyük sakıncası katı maddelerin ısıyı iyi iletmemesi ve parçalanma sonucu isenmeyen ürünlerin de oluşmasıdırçalışma şekli normal distilasyonda olduğu gibidirAyırma ve saflaştırmadan çok sentez tekniği ( örneğin keton sentezi ) olarak önem taşır

Normal atmosfer basıncından düşük basınçlarda yapılan destilasyon türü
Vakum destilasyonu: Kaynama sıcaklıklarının altında bozunabilen maddeler için kullanılır



Elektroliz‎

Elektroliz, elektrik akımı yardımıyla, bir sıvı içinde çözünmüş kimyasal bileşiklerin ayrıştırılması işlemi Bu değişiklik, maddenin elektron vermesinden (yükseltgenme); ya da almasından (indirgenme) kaynaklanır Elektroliz işlemi, elektroliz kabı ya da tankı denen bir aygıt içinde uygulanır Bu aygıt, çözünerek artı ve eksi yüklü iyonlara ayrılmış bir bileşiğin (→Elektrolit) içine birbirine değmeyecek biçimde daldırılmış iki elektrottan oluşur Elektrotlar bir akım kaynağına bağlandığında meydana gelen gerilim (elektriki alan), iyonları karşıt yüklü elektroda (kutup) doğru hareket ettirir Karşıt kutupta yükünü dengeleyen atom veya moleküller elektrotta çökelir veya elektrolit içindeki moleküllerle yeni reaksiyonlara girer Yeni reaksiyona girme meyli daha fazladır



Elektrolizle arıtılmış (%99,97+) saflıkta demir parçaları ve karşılaştırma için yüksek saflıkta (99,9999 % = 6N) 1 cm3 hacminde demirden bir küp
Örneğin sofra tuzu içeren elektrolitte anotta klor açığa çıkarken nötr sodyum atomları su moleküllerini etkiliyerek katottan hidrojen açığa çıkmasına sebep olurlar ve elekrolitte sodyum hidroksit oluşur

Elektroliz konusundaki 1800 yılında Anthony Carlisle ve William Nicholson, 1807 yılında Humphry Davy ve 1833 yılında Faraday'ın keşifleri ve, 1887 yılında Svante Arrhenius tarafından geliştirilen iyon teorisi, zamanımızın atom fiziğine temel teşkil etmişlerdir



Kataliz‎

Katalizör (Yunanca'dan κατάλυσις: çözülme), bir kimyasal tepkimenin aktivasyon enerjisini düşürerek tepkime hızını arttıran ve tepkime sonrasında kimyasal veya fiziksel yapısında bir değişiklik meydana gelmeyen maddelerdir Katalizörün tepkime üzerinde yaptığı bu değişikliğe kataliz denir Kataliz olayı, katalizör ve reaktantlar aynı fazda ise homojen kataliz, katalizör ve reaktantlar farklı fazda olduğunda ise heterojen kataliz olarak adlandırılır Heterojen kataliz mekanizmaları hala tam olarak aydınlatılmış değildir

Heterojen katalizör olarak en sık kullanılan katalizörler platin, osminyum, rodyum, rutenyum, paladyum gibi atom numarası büyük geçiş metallerinin kendileri veya kompleksleridir Heterojen katalizde katalizörler küçük parçacıklar halinde tepkime ortamına konarak yüzey alanları büyütülür ve daha iyi bir tepkime verimi alınır Organik sentezlerde homojen katalizör olarak sıklıkla asit ve bazlar kullanılır
Canlıların vücudunda bulunan enzimler de çok iyi birer katalizördürler



Korozyon‎

Korozyon, metal veya metal alaşımlarının oksitlenme veya diğer kimyasal etkilerle aşınma durumu Demirin paslanması, alüminyumun oksitlenmesi korozyona örnek olarak verilebilir Türkçe'ye yabancı dillerden giren korozyon sözcüğü; yenme, kemirilme gibi anlamlarla alakalıdır Aşınma, çürüme, paslanma, bozulma ve yenim gibi sözcüklerle karşılanabilir

Yüzeyleri uygun şekilde korunmayan metal ve metal alaşımlarının bozunmaları önemli bir teknolojik sorundur

Korozyonun Oluşumu

Metal ve alaşımların kararlı halleri olan bileşik haline dönme eğilimleri yüksektir Bunun sonucu olarak metaller içinde bulundukları ortamın elemanları ile tepkimeye girerek, önce iyonik hale ve oradan da ortamdaki başka elementlerle birleşerek bileşik haline dönmeye çalışırlar; yani kimyasal değişime uğrarlar ve bozunurlar Sonuçta metal veya alaşımın fiziksel, kimyasal, mekanik veya elektriksel özelliği istenmeyen değişikliklere (zarara) uğrar

Korozyon, metalik malzemelerin içinde bulundukları ortamla reaksiyona girmeleri sonucu, dışardan enerji vermeye gerek olmadan, doğal olarak meydana gelen olaydır

Korozyonun Sebepleri

Korozyon olayları, her ortama ve her farklı tesir mekanizmalarına göre cereyan eder Buna göre elektro-kimyasal veya kimyasal korozyon farklı olur Makinalar üzerindeki mutad korozyon tertibatı genel olarak elektro-kimyasal olaylardan ileri gelmektedir

Elektro-Kimyasal Korozyon Olayları

Elektro-kimyasal korozyon esasen anot rolündeki maddenin çözünmesidir Elektrokimyasal korozyon ister mikro ölçekte ister makro ölçekte oluşsun korozyon hücresi ile modellenebilir Korozyon hücresi; anot (1), katod (2), iletken ortam (elektrolit)(3) ve anot-katot arasındaki iletken bağlantıdan (4) oluşur Bu dört bileşenden biri dahi olmasa korozyon oluşmaz Korozyon oluşumu anot rolünü üstlenen maddede meydana gelir Maddelerin korozyon hücresindeki rollerini belirleyen çeşitli faktörler vardır Örneğin çözünme potansiyeli yüksek bir metal(mesela Sn), çözünme potansiyeli düşük bir metalle (Mesela Fe) temas halinde çözeltiye konacak olursa anot rolünü üstlenecek ve çözünecektir Elektrolit olarak bir çatlak içindeki buğu kalınlığında bir rutubet, film tabakası veya su artığı hatta el teri bile yeterlidir

Rutubetli Çelik Yüzeylerinin Elektro-Kimyasal Oksijen Korozyonu Metal parçalarının üst yüzeyleri rutubetli ortamlarda ve açık havada, bir oksit tabakası ile kaplanır Alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerden yapılmış olan parlak yapı parçaları, bu şartlar altında bir süre sonra pas benekleri ile kaplanır

Korozyona dayanan olaylar, havadaki oksijenin demir malzemesinin üstündeki su ile bağlantılı halde tesir etmesinden ileri gelmektedir Bir su damlasının altındaki bir malzeme bölgesinde, bu münasebetle meydana gelen olaylar izah edilebilirDamlaların ortasında, demir Fe2+ - iyonları çözünmeye başlar Bu çözünme sahası lokal bir anot gibi tesir eder (Lokal Anodu)Damlaların kenar bölgesinde, çözünen havanın oksijeninden oluşan OH- iyonları çözünen demir Fe2+ ile reaksiyona girer ve ilk önce demir hidroksit Fe (OH)3 ve buradan pas FeO(OH) oluştururlar Pas, damlanın kenarında ring şeklinde ayrılır Benek şeklinde başlayan pas oluşumu çelik yüzeylerde gözlenebilir Korozyonun sürekli olarak devam etmesi halinde bütün çelik yüzeyleri bu yerlerinden itibaren paslanır

Korozyon Elemanlarında Elektro-Kimyasal Korozyon Bu korozyon, bir galvanik eleman içinde cereyan eden aynı olaylardan ileri gelmektedir Galvanik bir eleman, bir elektrik iletim kabiliyeti olan akışkan, elektrolit, içine daldırılan, farklı metallerden yapılmış olan iki elektrottan meydana gelir Bu düzende, her iki metalden daha asal olanı çözünür Çözünen metal paslanır yani korozyona uğrar Çinko, bakır, galvanik elemanında bakır-elektrotta (katot) suyun parçalanması nedeniyle hidrojen açığa çıkarken çinko-elektrodu (anot) Zn2+ - iyonları çözünmeye başlar Her iki elektrot arasında büyüklüğü elektrot malzemelerine bağlı olan küçük bir elektrik gerilimi oluşur

Normal bir hidrojen elektrodu ile yapılan ölçümler vasıtasıyla, Normal Potansiyel olarak isimlendirilen münferit elektrot malzemelerinin gerilimleri tayin edilmiş ve metallerin gerilim sırası tablosuna aktarılmışlardır

Hidrojen sıfır potansiyelinden itibaren sola doğru asal olmayan metaller, sağa doğru asal metaller yer alırlarBir galvanik elemanda daha solda kalan metal çözünür, örneğin Zn/Cu elemanında çinko çözünürGalvanik elemandaki gerilimin büyüklüğü normal potansiyel farkından hesap edilebilirÖrnek: Zn/Cu galvanik elemanı bakırın normal potansiyeli +034 V, çinkonunki -076 VBöylece galvanik elemanda +034 V - (-076 V) =11 V'luk bir gerilim oluşur

Bir galvanik elemanın şartları makina elemanlarında ve yapı parçalarında birçok yerlerde meydana gelirBu sahalar, korozyon elemanları çinko adını alır Bu hususta, iki farklı metal (elektrotlar) ve bir miktar su (elektrolit) gereklidir Tipik korozyon elemanları örneğin çelik yapı parçaları üstündeki metal kaplamalar üzerindeki hasarlı yerler veya farklı malzemeden meydana gelen iki yapı elemanının temas etmesi ve ayrıca alaşımların içindeki asal olmayan metal bu yerlerde çözünmek suretiyle tahribata uğrar



Kimyasal sentez‎

İki farklı maddenin birleşerek kendi özelliklerini kaybedip yeni özellikte bir madde meydana getirmesi olayına sentez denir Sentez olaylarında yeni özellikte bileşik çeşitleri elde edilir



Simyasal süreçler‎
Damıtma

Damıtma, iki veya daha fazla bileşen içeren bir karışımın ısıtılıp, buhar ve sıvı faz oluşturmak suretiyle daha uçucu bileşence zengin karışımların elde edilmesini sağlayan ayırma işlemidir Distilasyon işlemi sırasında, buhar faz daha uçucu olan A bileşeni tarafından zenginleşirken, sıvı faz ise kaynama sıcaklığı daha yüksek olan B bileşenince zenginleşir Fakat yüzde 100 a içeren bir buhar faz elde edilemez

Çözelti

Bir ya da daha fazla kimyasal maddenin, bir sıvı içersinde, herhangi bir oranda bir araya gelerek oluşturdukları homojen karışıma çözelti denir

Diğer bir deyişle, bir maddenin başka bir madde içinde gözle görülemeyecek kadar küçük tanecikler halinde dağılarak, homojen karışım oluşturması olayına çözünme, elde edilen karışıma da çözelti denir

Bir çözeltiyi oluşturan maddelerden genellikle çok olanına çözücü, az olanına da çözünen denir Doğada birçok çözücü ve çözünen madde vardır Bilinen en iyi çözücü sudur Birçok katı, sıvı ve gaz maddeler suda çözünürler Çay, deniz suyu, kola, mürekkepli su, alkollü su vb çözeltiye örnek verilebilir Çözünme erime ile karıştırılmamalıdır



Kimyasal tepkimeler‎

Kimyasal tepkime (kimyasal reaksiyon), iki veya daha fazla maddenin birbiri ile etkileşmesi sonucu kendi özelliklerini kaybederek yeni özellikte maddeler oluşturmasıdır Kimyasal olay ve kimyasal değişme kavramlarıyla eşanlamlıdır

Özellikleri

Kimyasal tepkimelere giren maddeler ortamda tükenebilirler

A + B (Girenler) ---> AB (Yeni madde-ürünler)

A ve B, 2 olayda tek madde olarak kalmamış tükenmiştir

Kimyasal Tepkimelerde Değiştirilebilen Özellikler

Atomların hacmi veya çapı

Atomların elektron düzenleri

Toplam potansiyel enerji

Toplam mol sayısı

Bir mol atomun toplam ağırlığı

Toplam molekül sayısı

Toplam hacim

Renk, koku, tat gibi fiziksel özellikler

Kimyasal Tepkime Çeşitleri

Sentez tepkimeleri

İki ya da daha fazla basit bir madde başka bir madde oluşturuyorsa böyle tepkimeler Sentez tepkimeleri olarak adlandırılır Ayrıca 'analiz tepkimeleri' de denir

2 H2 + O2 → 2H2O

2 Suda iyonlaşarak çözündükleri için çözeltileri elektrik akımını iletir

3 Katı halde elektrik akımını iletmezler Ancak ısı etkisi ile eritilmiş halleri ile sulu çözeltileri elektrik akımını iletir

Yer değiştirme tepkimeleri [değiştir]

Bir elementin bir bileşikle tepkimeye girerek bu bileşiklerdeki elementlerden birinin yerini aldığı tepkimelere denir

örnek:

Zn + 2 HCI → ZnCI2 + H2

Hg(s)½O2(g)→ HgO (k) + ısı

Tepkime kabı

Tepkime kabı olarak bilim adamları genellikle ısıya dayanıklı olan saat camı kullanırlar

Tepkime ısısı

Bir kimyasal tepkimede bütün maddeleri aynı sıcaklıkta tutabilmek için tepkime sistemine eklenmesi veya sistemden uzaklaştırılması gereken ısı miktarıdır Tepkime sisteminin içinde bulunduğu kabın basıncı sabit tutulduğunda ölçülen tepkime ısısı aynı zamanda (entalpi) olarak bilinen (termodinamik) nitelikteki değişimi, yani tepkime sonucunda oluşan ürünlerin entalpisiyle tepkimeye girenlerin entalpisi arasındaki farkı gösterir Böylece sabit (basınçta) tayin edilen tepkime ısısı DH sembolüyle gösterilen tepkime entalpisidir DH negatif olduğunda tepkime ısıveren, tersi durumdaysa tepkime ısı alandır

ÖRNEĞİN;

H2 + Cl2 → 2 HCl + 44 kkal

tepkimesinde tepkimeye giren H2 ve Cl2 moleküllerinde iki atomu bir arada tutan bağların koparılması enerji ister Bu enerji sağlandığında atomlar arasındaki bağlar kopar ve atomlar yeni düzenlemeye girerek yeni bağlar (HCl bağları) oluştururken dışarıya enerji verilir Bu tepkimede dışarı verilen enerji daha önce alınan enerjiden fazla olduğundan neticede dışarıya enerji verilmiş olur (ısıveren tepkime) Buna karşılık;

H2 + I2 + 12,4 kkal → 2HI

tepkimesinde alınan enerji verilen enerjiden fazla olup bu tepkime de ısıalan tepkime olur