YKS Kimya Haberlere dön
YKS 2027'ye 229 günTYT 19 Haziran 2027Türkiye geneli deneme: 29 Kasım Pazar, 11.00Ücretsiz kaydol
TYT 9. sınıf · 6. konu

Doğa ve Kimya: Su, Hava ve Çevre

Su döngüsü, sert su ve kireçlenme, su kirliliği ve arıtma, havanın bileşimi, hava kirleticileri, sera etkisi, asit yağmurları, ozon tabakası, geri dönüşüm ve yeşil kimya.

Bu konuda öğreneceklerin
  • Suyun canlılar için önemini, su döngüsünü ve bu döngüdeki hâl değişimlerini
  • Sert suyun neden sert olduğunu, kireçlenmenin nasıl oluştuğunu ve sertliğin hangi yollarla giderildiğini
  • Su kirleticilerini (ağır metaller, deterjanlar, gübreler, petrol, ısıl kirlilik), ötrofikasyonu ve suyun fiziksel, kimyasal ve biyolojik yollarla arıtılmasını
  • Havanın bileşimini ve CO, \(\text{SO}_2\), \(\text{NO}_x\), partikül madde ve yer seviyesindeki ozon gibi hava kirleticilerinin kaynaklarını
  • Sera etkisini ve küresel ısınmayı, asit yağmurlarının oluşum tepkimelerini ve ozon tabakasının incelmesini birbirinden ayırmayı
  • Toprak kirliliğini, katı atıkların ayrıştırılmasını, geri dönüşümü ve yeşil kimyanın temel ilkelerini

Su ve hayat

Su, yeryüzünde üç hâlde de bol bulunan tek maddedir: okyanuslarda sıvı, kutuplarda ve dağ zirvelerinde katı, atmosferde gaz. Canlıların vücut kütlesinin yarıdan fazlası sudur. Hücrelerdeki kimyasal tepkimelerin çoğu suyun içinde gerçekleşir; besinler ve atıklar vücutta suyla taşınır. Su, pek çok iyonik ve polar maddeyi çözebildiği için doğadaki en önemli çözücüdür. Bu özelliği bir yandan hayatı mümkün kılar, öte yandan suyun kolayca kirlenmesine de yol açar: suya karışan her çözünür madde onunla birlikte taşınır.

Dünya'daki suyun çok büyük bir kısmı (yaklaşık %97'si) okyanus ve denizlerdeki tuzlu sudur. Tatlı suyun da çoğu buzullarda ve yer altında bulunur. İnsanların kolayca kullanabildiği göl ve akarsu suyu, toplam suyun çok küçük bir bölümüdür. Bu yüzden tatlı su kaynakları sınırlıdır; nüfus arttıkça ve iklim değiştikçe bu kaynakların korunması önem kazanır. Bir ürünün üretiminden tüketimine kadar harcanan toplam suya o ürünün su ayak izi denir. Su tasarrufu yalnızca musluğu kapatmak değildir; daha az su gerektiren ürünleri seçmek ve suyu kirletmemek de tasarruftur.

Su döngüsü

Yeryüzündeki su sürekli yer değiştirir ve hâl değiştirir. Bu dolaşımın enerjisi Güneş'ten gelir. Deniz, göl ve toprak yüzeyindeki su, Güneş'in verdiği ısıyı alarak buharlaşır; bitkiler de yapraklarından su buharı verir (terleme). Yükselen su buharı atmosferin üst katmanlarında soğur ve ısı vererek küçük su damlacıklarına dönüşür (yoğuşma); bulutlar böyle oluşur. Damlacıklar büyüyüp ağırlaşınca yağmur, kar ya da dolu olarak yere düşer (yağış). Yağışın bir kısmı akarsularla denize döner (yüzey akışı), bir kısmı toprağa sızarak yer altı suyunu besler.

Su döngüsü
Su, Güneş enerjisiyle buharlaşır, bulutlarda yoğuşur ve yağışla yeryüzüne döner; bir kısmı toprağa sızarak yer altı suyuna katılır.

Döngüdeki bütün olaylar fiziksel değişimdir: suyun kimliği değişmez, yalnızca hâli ve yeri değişir. Buharlaşma ısı alarak, yoğuşma ise ısı vererek gerçekleşir. Buharlaşan su, içinde çözünmüş tuzları geride bırakır. Bu yüzden deniz suyu tuzlu olduğu hâlde yağmur suyu tuzsuzdur. Ancak yağmur damlaları düşerken havadaki gazları ve tozları çözer; havada \(\text{SO}_2\) ve azot oksitleri varsa yağmur asitleşir. Su döngüsü, havadaki kirliliği toprağa ve göllere taşıyan bir yoldur.

Sert su ve yumuşak su

Yağmur suyu toprağa sızıp kireç taşı (\(\text{CaCO}_3\)) ve dolomit gibi kayaçların arasından geçerken bazı iyonları çözer. İçinde çözünmüş \(\text{Ca}^{2+}\) ve \(\text{Mg}^{2+}\) iyonları bulunan suya sert su, bu iyonları çok az içeren suya yumuşak su denir. Sertlik, suyun sağlığa zararlı olduğu anlamına gelmez; içme açısından genellikle sorun oluşturmaz. Sorunları daha çok teknik ve ekonomiktir:

  • Sabun sert suda iyi köpürmez. Sabun anyonları \(\text{Ca}^{2+}\) ve \(\text{Mg}^{2+}\) iyonlarıyla suda çözünmeyen tuzlar oluşturur; lavabo ve küvette görülen gri tabaka bu çökeltidir. Aynı temizliği yapmak için daha çok sabun gerekir.
  • Sert su ısıtıldığında kap, boru ve ısıtıcı yüzeylerinde kireç (\(\text{CaCO}_3\)) birikir. Kireç ısıyı iyi iletmediği için ısıtıcının verimi düşer, borular daralır.

Sertlik iki türe ayrılır. Geçici sertlik, suda \(\text{Ca(HCO}_3\text{)}_2\) ve \(\text{Mg(HCO}_3\text{)}_2\) gibi hidrojen karbonat tuzlarından kaynaklanır. Bu tür su kaynatıldığında hidrojen karbonat bozunur ve kireç çöker:

$$ \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2(suda) \rightarrow \text{CaCO}_3(k) + \text{H}_2\text{O}(s) + \text{CO}_2(g) $$

Çaydanlığın dibinde biriken beyaz tabaka bu tepkimenin ürünüdür. Kaynatma, \(\text{Ca}^{2+}\) iyonlarını çöktürerek sudan uzaklaştırdığı için geçici sertliği giderir. Kalıcı sertlik ise \(\text{CaSO}_4\), \(\text{MgSO}_4\), \(\text{CaCl}_2\) ve \(\text{MgCl}_2\) gibi sülfat ve klorür tuzlarından gelir. Bu tuzlar kaynatmayla bozunmaz; kalıcı sertlik kaynatmayla giderilemez.

Sertliğin giderilmesi ve kireçlenme

Suyu yumuşatmak, \(\text{Ca}^{2+}\) ve \(\text{Mg}^{2+}\) iyonlarını sudan uzaklaştırmak demektir. Kullanılan başlıca yollar şunlardır:

  1. Kaynatma: Yalnızca geçici sertliği giderir.
  2. Çöktürme: Suya çamaşır sodası (\(\text{Na}_2\text{CO}_3\)) eklenir. Karbonat iyonu kalsiyum iyonlarını suda çözünmeyen kireç olarak çöktürür: \(\text{Ca}^{2+}(suda) + \text{CO}_3^{2-}(suda) \rightarrow \text{CaCO}_3(k)\). Bu yöntem hem geçici hem kalıcı sertliği azaltır; örneğin \(\text{CaSO}_4(suda) + \text{Na}_2\text{CO}_3(suda) \rightarrow \text{CaCO}_3(k) + \text{Na}_2\text{SO}_4(suda)\).
  3. İyon değiştirme: Su, yüzeyinde \(\text{Na}^+\) iyonları tutan bir reçineden geçirilir. Reçine \(\text{Ca}^{2+}\) ve \(\text{Mg}^{2+}\) iyonlarını tutar, yerlerine suya \(\text{Na}^+\) iyonları bırakır. Evlerdeki su yumuşatma cihazları ve bulaşık makinelerinin içindeki yumuşatıcı bu esasa göre çalışır.
  4. Ters osmoz ve damıtma: Suyun içindeki iyonların neredeyse tamamı uzaklaştırılır; bu yöntemler daha pahalıdır.

Suya yemek tuzu (NaCl) eklemek sertliği gidermez: \(\text{Ca}^{2+}\) ve \(\text{Mg}^{2+}\) iyonları suda kalmaya devam eder. Oluşmuş kireci temizlemek için ise asit kullanılır. Kireç çözücülerdeki asit, kireçle tepkimeye girerek suda çözünen bir tuz ve karbon dioksit gazı oluşturur:

$$ \text{CaCO}_3(k) + 2\text{HCl}(suda) \rightarrow \text{CaCl}_2(suda) + \text{H}_2\text{O}(s) + \text{CO}_2(g) $$

Kireçli bir yüzeye sirke ya da limon tuzu (sitrik asit) döküldüğünde görülen köpürme, bu tepkimede çıkan \(\text{CO}_2\) gazıdır.

Su kirliliği ve kirleticiler

Suyun fiziksel, kimyasal ya da biyolojik özelliklerinin canlılara zarar verecek ölçüde değişmesine su kirliliği denir. Başlıca kirleticiler şunlardır:

  • Ağır metaller: Cıva (Hg), kurşun (Pb), kadmiyum (Cd) gibi metaller sanayi atıkları, madencilik ve atık pillerle suya karışır. Canlı vücudundan kolayca atılmazlar ve dokularda birikirler. Besin zincirinde yukarı çıkıldıkça derişimleri artar; bu olaya biyolojik birikim denir. Japonya'daki Minamata Körfezi'nde 1950'lerde bir fabrikanın atık suyundaki cıva bileşikleri balıklarda birikmiş, bu balıkları yiyen insanlarda ağır sinir sistemi hastalıklarına yol açmıştır.
  • Deterjanlar ve gübreler: Bazı deterjanlardaki fosfatlar ile tarımda kullanılan nitrat ve fosfat içeren gübreler yağmur suyuyla göllere taşınır. Bu maddeler bitkiler için besindir. Göldeki algler ve su bitkileri hızla çoğalır, su yüzeyi yeşil bir tabakayla kaplanır. Ölen alglerin bakteriler tarafından ayrıştırılması sudaki çözünmüş oksijeni tüketir ve balıklar oksijensiz kalarak ölür. Besin maddelerinin aşırı birikmesiyle başlayan bu sürece ötrofikasyon denir.
  • Petrol: Tanker kazaları ve sızıntılarla denize yayılan petrol suda çözünmez, sudan hafif olduğu için yüzeyde ince bir tabaka oluşturur. Bu tabaka suyun havayla oksijen alışverişini ve ışığın suya girmesini azaltır; deniz kuşlarının tüylerine yapışarak onları uçamaz hâle getirir.
  • Isıl (termal) kirlilik: Santrallerin ve fabrikaların soğutma suyu ısınmış olarak akarsuya geri verildiğinde suyun sıcaklığı yükselir. Gazların sudaki çözünürlüğü sıcaklık arttıkça azaldığı için sudaki çözünmüş oksijen azalır.
  • Evsel atık sular ve mikroorganizmalar: Arıtılmadan bırakılan kanalizasyon suyu hem organik madde yükü hem de hastalık yapıcı mikroplar taşır.

Suyun arıtılması

Kirletilmiş suyun yeniden kullanılabilir hâle getirilmesine arıtma denir. Arıtma yöntemleri üç gruba ayrılır. Fiziksel arıtma maddenin kimliğini değiştirmeden, tanecik boyutu ve yoğunluk farkından yararlanarak katıları ayırır: ızgaralar, kum tutucular, çöktürme havuzları ve filtreler. Kimyasal arıtma suya madde eklenerek yapılır: pıhtılaştırma, nötralleştirme, çöktürme ve klorlama. Biyolojik arıtmada mikroorganizmalar sudaki organik kirleticileri besin olarak kullanıp karbon dioksit, su ve yeni hücrelere dönüştürür.

Bir atık su arıtma tesisinde su önce ızgaralardan geçer; dal, plastik ve bez gibi iri atıklar tutulur. Kum tutucuda kum ve çakıl çöker, ön çöktürme havuzunda askıdaki katıların bir kısmı dibe iner. Ardından su havalandırma havuzuna alınır. Buraya hava pompalanır ve aktif çamur denen mikroorganizma topluluğu organik maddeleri ayrıştırır. Son çöktürme havuzunda mikroorganizma kümeleri çöker ve su klorlanarak akarsuya ya da denize verilir. Biriken çamur kapalı tanklarda oksijensiz ortamda çürütülürse metan içeren biyogaz elde edilir.

Atık su arıtma tesisi
Izgara, kum tutucu ve çöktürme fiziksel; havalandırma havuzundaki aktif çamur biyolojik; klorlama kimyasal arıtmadır.

İçme suyu tesislerinde ise ham su ızgaradan geçtikten sonra suya alüminyum sülfat ya da demir(III) klorür gibi pıhtılaştırıcılar eklenir. Bunlar, kendi başına çökmeyecek kadar küçük askıdaki tanecikleri bir araya toplayıp büyük topaklar oluşturur. Topaklar çöktürme havuzunda dibe iner, su kum filtrelerinden süzülür. Son aşamada suya klor eklenir. Klor suyla tepkimeye girerek hipokloröz asit (HOCl) oluşturur:

$$ \text{Cl}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(s) \rightleftharpoons \text{HCl}(suda) + \text{HOCl}(suda) $$

HOCl mikroorganizmaları öldürür. Suda bırakılan az miktardaki klor, su borularda ilerlerken de mikroplara karşı koruma sağlar. Klor yerine ozon ya da morötesi (UV) ışık da kullanılabilir. Kum filtresi askıdaki tanecikleri tutar ama mikroorganizmaların tamamını yok edemez; dezenfeksiyon bu yüzden gereklidir. Çöktürme ve filtreleme suda çözünmüş iyonları (örneğin sertlik iyonlarını) gidermez, çünkü çözünmüş maddeler suyla birlikte süzgeçten geçer.

Havanın bileşimi

Hava bir karışımdır. Su buharı miktarı yere ve zamana göre değiştiği için havanın bileşimi kuru hava için verilir. Kuru havanın hacimce yaklaşık %78'i azot (\(\text{N}_2\)), %21'i oksijen (\(\text{O}_2\)), %0,9'u argondur (Ar). Karbon dioksit (\(\text{CO}_2\)) yaklaşık %0,04 oranında bulunur; neon, helyum, metan ve kripton gibi gazların toplamı ise çok küçüktür.

Kuru havanın bileşimi
Kuru havanın hacimce yaklaşık %99'u azot ve oksijendir; argon ve karbon dioksit birlikte yaklaşık %1 eder.

Havada en bol bulunan iki gaz da elementtir. Azot oldukça kararlı bir moleküldür ve kolay tepkimeye girmez; oksijen ise yanma ve solunum için gereklidir. Argon soy gazdır. Havadaki \(\text{CO}_2\) çok az olmasına rağmen hem fotosentezin hammaddesi hem de önemli bir sera gazıdır. Su buharı da havada değişen oranlarda bulunur ve doğal sera etkisinin en büyük kısmını sağlar.

Hava kirliliği ve kirleticiler

Havada canlılara ve çevreye zarar verecek miktarda yabancı madde bulunmasına hava kirliliği denir. Kirleticilerin çoğu yakıtların yanmasından gelir:

  • Karbon monoksit (CO): Karbon içeren yakıtlar yetersiz oksijenle yandığında oluşur (soba, şofben, taşıt egzozu). Renksiz ve kokusuzdur. Kandaki hemoglobine oksijenden çok daha güçlü bağlanarak dokulara oksijen taşınmasını engeller; kapalı ortamlarda zehirlenmelere yol açar.
  • Kükürt dioksit (\(\text{SO}_2\)): Kükürt içeren kömür ve petrol ürünleri yandığında oluşur; volkanlar da doğal bir kaynaktır. Keskin kokulu, solunum yollarını tahriş eden bir gazdır ve asit yağmurlarına yol açar.
  • Azot oksitleri (\(\text{NO}_x\), yani NO ve \(\text{NO}_2\)): Taşıt motorları ve termik santraller gibi yüksek sıcaklıktaki yanma ortamlarında havanın kendi azotu ile oksijeni birleşir: \(\text{N}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{NO}(g)\). NO havada \(\text{NO}_2\)'ye yükseltgenir. \(\text{NO}_2\) kahverengi, zehirli bir gazdır ve asit yağmurlarına katkı yapar.
  • Partikül madde (PM): Havada asılı duran toz, is ve duman tanecikleridir. Çapı 10 mikrometreden küçük olanlara \(\text{PM}_{10}\), 2,5 mikrometreden küçük olanlara \(\text{PM}_{2{,}5}\) denir. Küçük tanecikler akciğerlerin derinlerine kadar ulaşabilir.
  • Yer seviyesindeki ozon (\(\text{O}_3\)): Bacadan ya da egzozdan doğrudan çıkmaz. Azot oksitleri ve uçucu organik bileşikler güneş ışığının etkisiyle tepkimeye girdiğinde oluşur. Bu yüzden ikincil bir kirleticidir ve yaz aylarında büyük şehirlerde görülen fotokimyasal sisin başlıca bileşenidir.

Kirlilik, havanın dikey hareketinin zayıf olduğu durgun günlerde artar. 1952 kışında Londra'da kömür dumanının şehrin üzerinde birkaç gün boyunca hapsolması binlerce kişinin ölümüne yol açmıştır. Bugün baca gazlarındaki \(\text{SO}_2\) kireç taşı ile tutulur, tozlar filtrelerle ayrılır; taşıtlardaki katalitik konvertörler CO, \(\text{NO}_x\) ve yanmamış hidrokarbonları daha zararsız \(\text{CO}_2\), \(\text{N}_2\) ve \(\text{H}_2\text{O}\)'ya dönüştürür.

Sera etkisi ve küresel ısınma

Güneş'ten gelen ışığın büyük kısmı görünür ışıktır ve atmosferden kolayca geçerek yeryüzünü ısıtır. Isınan yeryüzü enerjisini kızılötesi ışınlar olarak geri yayar. Atmosferdeki bazı gazlar bu kızılötesi ışınları soğurur ve bir kısmını yeniden yeryüzüne doğru yayar. Böylece enerjinin bir bölümü atmosferin alt katmanlarında tutulur. Bu olaya sera etkisi, bu gazlara sera gazları denir. Başlıca sera gazları su buharı (\(\text{H}_2\text{O}\)), karbon dioksit (\(\text{CO}_2\)), metan (\(\text{CH}_4\)), diazot monoksit (\(\text{N}_2\text{O}\)), ozon ve CFC'lerdir. Havanın %99'unu oluşturan \(\text{N}_2\) ve \(\text{O}_2\) ile argon sera gazı değildir; kızılötesi ışınları soğurmazlar.

Sera etkisi
Görünür ışık atmosferden geçip yeryüzünü ısıtır; yeryüzünün yaydığı kızılötesi ışınların bir kısmı sera gazlarınca soğurulup geri yayılır.

Sera etkisi doğal ve yaşam için gerekli bir olaydır. Sera etkisi olmasaydı yeryüzünün ortalama sıcaklığı bugünkü yaklaşık 15 °C yerine donma noktasının epey altında (yaklaşık −18 °C) olurdu. Sorun, insan etkinlikleriyle sera gazı miktarının artmasıdır. Fosil yakıtların (kömür, petrol, doğal gaz) yakılması ve ormanların yok edilmesi havadaki \(\text{CO}_2\)'yi artırır. Metan; geviş getiren hayvanların sindiriminden, çeltik tarlalarından, çöp depolama alanlarından ve doğal gaz sızıntılarından gelir. \(\text{N}_2\text{O}\)'nun önemli bir kaynağı azotlu gübrelerdir. Sera gazlarının artmasıyla sera etkisinin güçlenmesi ve yeryüzünün ortalama sıcaklığının yükselmesine küresel ısınma denir. Buzulların erimesi, deniz seviyesinin yükselmesi, kuraklık ve aşırı hava olayları bunun sonuçlarıdır. 2015 yılında kabul edilen Paris Anlaşması ile ülkeler sera gazı salımlarını azaltmayı hedeflemiştir.

Asit yağmurları

Kirlenmemiş yağmur suyu bile tam nötr değildir. Havadaki \(\text{CO}_2\) yağmur damlalarında çözünerek zayıf bir asit olan karbonik asidi oluşturur: \(\text{CO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(s) \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3(suda)\). Bu yüzden normal yağmurun pH değeri yaklaşık 5,6'dır. pH ölçeğinde 7 nötrdür, 7'den küçük değerler asidiktir ve değer küçüldükçe asitlik artar. pH değeri 5,6'dan küçük olan yağmur, kar ya da sise asit yağmuru denir.

Asit yağmurlarının asıl nedeni \(\text{SO}_2\) ve \(\text{NO}_x\) gazlarıdır. Kükürt içeren yakıtın yanmasıyla oluşan \(\text{SO}_2\) havada oksijenle \(\text{SO}_3\)'e yükseltgenir, \(\text{SO}_3\) de su buharıyla sülfürik asit oluşturur:

$$ \text{S}(k) + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{SO}_2(g), \qquad 2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{SO}_3(g), \qquad \text{SO}_3(g) + \text{H}_2\text{O}(s) \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4(suda) $$

Azot oksitleri de benzer bir yolla nitrik asit oluşturur:

$$ 2\text{NO}(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{NO}_2(g), \qquad 3\text{NO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(s) \rightarrow 2\text{HNO}_3(suda) + \text{NO}(g) $$
Asit yağmuru
Santral ve taşıtlardan çıkan \(\text{SO}_2\) ve \(\text{NO}_x\) havada asitlere dönüşür ve rüzgârla kilometrelerce taşındıktan sonra yağmurla yere iner.

Asit yağmurları göllerin pH değerini düşürür; asitleşen göllerde balıklar ve diğer su canlıları zarar görür. Topraktaki besin iyonları yıkanır, ağaçlar zayıflar. Mermer ve kireç taşından yapılmış yapılar ve heykeller aşınır:

$$ \text{CaCO}_3(k) + \text{H}_2\text{SO}_4(suda) \rightarrow \text{CaSO}_4(k) + \text{H}_2\text{O}(s) + \text{CO}_2(g) $$

Metal köprü ve yapılarda da korozyon hızlanır. Kirleticiler rüzgârla yüzlerce kilometre taşınabildiği için asit yağmuru sınır tanımayan bir sorundur. Önlemler kaynağa yöneliktir: kükürt oranı düşük yakıt kullanmak, baca gazlarındaki \(\text{SO}_2\)'yi tutmak, taşıtlarda katalitik konvertör kullanmak, yenilenebilir enerjiye yönelmek. Asitleşmiş bazı göllere kireç taşı tozu serpilerek pH değeri yükseltilir.

Ozon tabakası ve incelmesi

Atmosferin yere yakın, yaklaşık 12 km kalınlığındaki katmanı troposfer, onun üstünde yaklaşık 50 km'ye kadar uzanan katman stratosferdir. Ozonun büyük kısmı stratosferde, yaklaşık 15 ile 35 km arasında bulunur; bu bölgeye ozon tabakası denir. Burada \(\text{O}_2\) molekülleri Güneş'ten gelen morötesi (UV) ışınlarla atomlarına ayrılır ve oksijen atomları \(\text{O}_2\) ile birleşerek ozon oluşturur: \(\text{O}_2 \xrightarrow{\text{UV}} 2\text{O}\), \(\text{O} + \text{O}_2 \rightarrow \text{O}_3\). Ozon da UV ışınlarını soğurarak parçalanır. Bu döngü, canlılara zararlı UV ışınlarının büyük kısmının yeryüzüne ulaşmasını engeller.

Atmosfer katmanları ve ozon
Ozonun büyük kısmı stratosferdedir ve zararlı UV ışınlarını soğurur; yer seviyesindeki ozon ise solunum yollarını tahriş eden bir kirleticidir.

Aynı madde iki yerde iki farklı rol oynar: stratosferdeki ozon koruyucudur, troposferdeki ozon kirleticidir. Ozon tabakasının incelmesinin başlıca nedeni, buzdolabı ve klimalarda soğutucu, sprey kutularında itici gaz olarak kullanılmış olan kloroflorokarbonlardır (CFC'ler). CFC'ler troposferde çok kararlıdır, yıllarca bozunmadan stratosfere kadar yükselir. Orada UV ışınlarıyla parçalanır ve klor atomları açığa çıkar. Klor atomları ozonu tüketen bir döngü başlatır:

$$ \text{Cl} + \text{O}_3 \rightarrow \text{ClO} + \text{O}_2, \qquad \text{ClO} + \text{O} \rightarrow \text{Cl} + \text{O}_2 $$

İki tepkime toplandığında Cl ve ClO sadeleşir ve net tepkime \(\text{O}_3 + \text{O} \rightarrow 2\text{O}_2\) olur. Klor atomu harcanmadan geri kazanıldığı için tek bir klor atomu binlerce ozon molekülünü parçalayabilir. Ozon tabakasının incelmesiyle yeryüzüne ulaşan UV miktarı artar; cilt kanseri, katarakt ve bitkilerle denizdeki planktonlar üzerinde zararlı etkiler ortaya çıkar. 1987'de imzalanan Montreal Protokolü ile CFC üretimi aşamalı olarak durdurulmuş ve ozon tabakasının yavaş yavaş iyileşmeye başladığı gözlenmiştir.

Toprak kirliliği

Toprak; mineraller, organik madde, su, hava ve canlılardan oluşan, yenilenmesi çok uzun süren bir kaynaktır. Aşırı ve bilinçsiz kullanılan pestisitler (tarım ilaçları) ve gübreler, sanayi ve madencilikten gelen ağır metaller, katı atık depolama alanlarından sızan kirli sular (sızıntı suyu), petrol sızıntıları ve asit yağmurları toprağı kirletir. Topraktaki kirleticiler bitkilere geçer, oradan besin zinciriyle hayvanlara ve insana ulaşır; yağmur suyuyla yer altı suyuna da karışabilir. Toprağı korumak için gübre ve ilaç ihtiyaç kadar kullanılmalı, atıklar düzenli depolama alanlarında toplanmalı, atık piller ve atık yağlar toprağa ya da kanalizasyona dökülmemelidir.

Katı atıklar, geri dönüşüm ve yeşil kimya

Atıkların bir kısmı işlenerek yeniden hammadde olarak kullanılabilir; buna geri dönüşüm denir. Geri dönüşümün ön koşulu atıkların kaynağında ayrıştırılmasıdır: kâğıt ve karton, plastik, cam, metal ve organik atıklar ayrı toplanır. Atık piller, ilaçlar, elektronik atıklar ve atık yağlar tehlikeli atık sayılır ve ayrı toplama noktalarına götürülür. Organik atıklardan kompost yapılarak toprak iyileştirici elde edilebilir.

Geri dönüşüm doğal kaynakları korur, enerji tasarrufu sağlar ve çöp depolama alanlarındaki yükü azaltır. Alüminyum kutuları geri dönüştürmek, alüminyumu cevherinden üretmeye göre çok daha az enerji gerektirir. Cam, kalitesi pek düşmeden defalarca eritilip yeniden şekillendirilebilir. Kâğıdın geri dönüşümü kesilen ağaç sayısını azaltır. Plastikler doğada çok uzun sürede parçalanır; ambalajların altındaki üçgen içindeki 1'den 7'ye kadar numaralar plastiğin türünü gösterir ve ayrıştırmayı kolaylaştırır. Türkiye'de yürütülen Sıfır Atık uygulamasında atıklar kaynağında ayrı kutularda toplanır.

Kirliliği oluştuktan sonra temizlemek yerine hiç oluşturmamak daha akıllıcadır. Bu düşünceye yeşil kimya denir. Paul Anastas ve John Warner'ın 1998'de ortaya koyduğu on iki ilkenin bazıları şunlardır:

  • Atığı sonradan arıtmak yerine atık oluşumunu önlemek.
  • Hammaddedeki atomların olabildiğince fazlasını ürüne dönüştürmek (atom ekonomisi).
  • Daha az zehirli maddeler ve daha güvenli çözücüler (örneğin su) kullanmak.
  • Tepkimeleri mümkünse oda sıcaklığı ve basıncında yürütüp enerji tasarrufu sağlamak; bunun için katalizör kullanmak.
  • Tükenen kaynaklar yerine yenilenebilir hammaddeler (bitkisel kaynaklar gibi) kullanmak.
  • Kullanım ömrü bitince doğada zararsız maddelere parçalanabilen ürünler tasarlamak.

Formüller

$$\text{Ca(HCO}_3\text{)}_2(suda) \rightarrow \text{CaCO}_3(k) + \text{H}_2\text{O}(s) + \text{CO}_2(g)$$
Geçici sertlik kaynatmayla kireç olarak çöker
$$\text{Ca}^{2+}(suda) + \text{CO}_3^{2-}(suda) \rightarrow \text{CaCO}_3(k)$$
Çamaşır sodası ile sertliğin giderilmesi (çöktürme)
$$1\ ^\circ\text{FS} = \frac{10\ \text{mg CaCO}_3\ \text{eşdeğeri}}{1\ \text{L su}}$$
Fransız sertlik derecesi
$$\text{CaCO}_3(k) + 2\text{HCl}(suda) \rightarrow \text{CaCl}_2(suda) + \text{H}_2\text{O}(s) + \text{CO}_2(g)$$
Kireç çözücünün kireçle tepkimesi
$$\text{Cl}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(s) \rightleftharpoons \text{HCl}(suda) + \text{HOCl}(suda)$$
Klorlama: HOCl mikroorganizmaları öldürür
$$\text{CO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(s) \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3(suda)$$
Normal yağmurun pH değeri yaklaşık 5,6
$$2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{SO}_3(g)$$
Kükürt dioksitin havada yükseltgenmesi
$$\text{SO}_3(g) + \text{H}_2\text{O}(s) \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4(suda)$$
Sülfürik asit oluşumu
$$\text{N}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{NO}(g)$$
Yüksek sıcaklıktaki yanmada azot monoksit
$$3\text{NO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(s) \rightarrow 2\text{HNO}_3(suda) + \text{NO}(g)$$
Nitrik asit oluşumu
$$\text{CaCO}_3(k) + \text{H}_2\text{SO}_4(suda) \rightarrow \text{CaSO}_4(k) + \text{H}_2\text{O}(s) + \text{CO}_2(g)$$
Mermerin asit yağmuruyla aşınması
$$\text{O}_2 \xrightarrow{\text{UV}} 2\text{O}, \quad \text{O} + \text{O}_2 \rightarrow \text{O}_3$$
Stratosferde ozon oluşumu
$$\text{Cl} + \text{O}_3 \rightarrow \text{ClO} + \text{O}_2, \quad \text{ClO} + \text{O} \rightarrow \text{Cl} + \text{O}_2$$
CFC'den çıkan klorun ozonu parçalaması

Çözümlü örnekler

Örnek 1Hangi su sert?

Aynı miktarda sabun, aynı hacimde iki su örneğine (X ve Y) eklenip çalkalanıyor. X'te bol köpük oluşuyor, Y'de az köpük ve gri bir çökelti görülüyor. Y örneği kaynatılıp süzüldükten sonra deney tekrarlandığında yine az köpük oluşuyor. Hangi örnek serttir ve Y'nin sertliği hangi türdendir?

Örnek 2Çaydanlıktaki kireç

Sertliği yalnızca \(\text{Ca(HCO}_3\text{)}_2\)'den kaynaklanan bir su çaydanlıkta kaynatılıyor. Çaydanlığın dibinde biriken madde nedir ve tepkime denkleminde iki taraftaki atom sayıları eşit midir?

Örnek 3Fransız sertlik derecesi

500 mL'lik bir içme suyu örneğinde 75 mg \(\text{CaCO}_3\) eşdeğeri sertlik bulunuyor. Bu suyun sertliği kaç °FS'dir? (1 °FS: 1 L suda 10 mg \(\text{CaCO}_3\) eşdeğeri sertlik)

Örnek 4Havadaki gazların hacmi

Kuru havanın hacimce %78'inin \(\text{N}_2\), %21'inin \(\text{O}_2\), %1'inin diğer gazlar olduğu kabul ediliyor. Bir sınıftaki 250 L kuru havada kaç litre \(\text{N}_2\) ve kaç litre \(\text{O}_2\) vardır?

Örnek 5Sera gazlarını ayırma

\(\text{CO}_2\), \(\text{N}_2\), \(\text{CH}_4\), \(\text{O}_2\), \(\text{N}_2\text{O}\), Ar ve \(\text{H}_2\text{O}\) (buhar) gazlarından hangileri sera gazıdır?

Örnek 6Kükürtten sülfürik aside

Kükürt içeren kömürün yanmasıyla başlayan ve sülfürik asitle biten tepkimeleri yaz. Bu tepkimeler toplandığında 2 tane S atomundan kaç tane \(\text{H}_2\text{SO}_4\) molekülü oluşur?

Örnek 7Nitrik asit denkleminde katsayı

\(a\,\text{NO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(s) \rightarrow 2\text{HNO}_3(suda) + \text{NO}(g)\) denkleminin denk olması için \(a\) kaç olmalıdır?

Örnek 8İçme suyu arıtmasında sıralama

Bir içme suyu tesisinin aşamaları karışık olarak verilmiştir: klorlama, kum filtresi, ızgara, çöktürme havuzu, pıhtılaştırma. Doğru sırayı yaz ve hangilerinin suya madde eklenerek yapıldığını belirt.

Örnek 9Klor atomunun ozon döngüsü

\(\text{Cl} + \text{O}_3 \rightarrow \text{ClO} + \text{O}_2\) ve \(\text{ClO} + \text{O} \rightarrow \text{Cl} + \text{O}_2\) tepkimelerinin net denklemi nedir? Klor atomunun rolü nedir?

Sık yapılan hatalar

  • Sert suyu kirli ya da sağlıksız su sanmak; sertlik yalnızca çözünmüş \(\text{Ca}^{2+}\) ve \(\text{Mg}^{2+}\) iyonlarının miktarıdır.
  • Kaynatmanın her türlü sertliği giderdiğini düşünmek; kaynatma yalnızca hidrojen karbonattan gelen geçici sertliği giderir.
  • Çöktürme ve filtrelemenin çözünmüş tuzları ya da bütün mikroorganizmaları uzaklaştırdığını sanmak.
  • Ozon tabakasının incelmesini küresel ısınmanın nedeni olarak görmek; biri UV, diğeri kızılötesi ışınla ilgilidir.
  • Havanın %99'unu oluşturan \(\text{N}_2\) ve \(\text{O}_2\)'yi sera gazı saymak.
  • Her ozonu zararlı ya da her ozonu yararlı sanmak; stratosferdeki ozon korur, yer seviyesindeki ozon kirleticidir.
  • \(\text{CO}_2\)'yi asit yağmurunun asıl nedeni saymak; asıl nedenler \(\text{SO}_2\) ve \(\text{NO}_x\)'tir.
  • Isıl kirliliğin suya zarar vermediğini düşünmek; sıcaklık artınca sudaki çözünmüş oksijen azalır.
Günlük hayatta

Bulaşık makinelerinin içinde iyon değiştirici bir reçine bulunur. Sert su bu reçineden geçerken \(\text{Ca}^{2+}\) ve \(\text{Mg}^{2+}\) iyonları reçinede tutulur, suya \(\text{Na}^+\) iyonları geçer; böylece bardaklarda beyaz lekeler ve makinenin ısıtıcısında kireç oluşmaz. Zamanla reçinedeki \(\text{Na}^+\) iyonları azalır. Makinenin tuz haznesine konan özel tuz (sodyum klorür), reçineyi derişik tuzlu suyla yıkayarak tutulan kalsiyum ve magnezyum iyonlarını uzaklaştırır ve reçineye yeniden \(\text{Na}^+\) iyonları kazandırır. Tuz haznesi boşaldığında makinenin uyarı vermesinin nedeni budur. Bu tuz bulaşığa değil, yalnızca yumuşatıcıya gider; tuz haznesine deterjan konmaz.

Konu testi

27 soru. Bir seçeneğe dokun; doğru cevap ve çözüm hemen açılır.

1Kolay

Suyun sert olmasına yol açan başlıca iyonlar aşağıdakilerden hangisinde birlikte verilmiştir?

2Kolay

Kuru havada hacimce en bol bulunan ikinci gaz aşağıdakilerden hangisidir?

3Kolay

Aşağıdaki gazlardan hangisi sera gazı değildir?

4Kolay

Ozon tabakasının incelmesine yol açan başlıca maddeler aşağıdakilerden hangisidir?

5Kolay

Su döngüsünde atmosferdeki su buharının soğuyarak küçük su damlacıklarına dönüşmesine ne ad verilir?

6Kolay

Atık su arıtma tesislerinde sudaki organik kirleticilerin mikroorganizmalar tarafından ayrıştırıldığı arıtma türü aşağıdakilerden hangisidir?

7Orta

Sert su ile ilgili

  1. I.\(\text{Ca(HCO}_3\text{)}_2\) içeren su kaynatıldığında \(\text{CaCO}_3\) çöker.
  2. II.Sabun, sert suda yumuşak sudakinden daha çok köpürür.
  3. III.Sülfat ve klorür tuzlarından kaynaklanan sertlik kaynatmayla giderilemez.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

8Orta

Aşağıdaki gazlardan

  1. I.\(\text{NO}_2\)
  2. II.\(\text{SO}_2\)
  3. III.\(\text{CH}_4\)

hangileri havada oksijen ve su buharıyla tepkimeye girerek asit yağmurlarına yol açar?

9Orta

Bir gölde ötrofikasyon sürecinde gerçekleşen olaylar karışık sırayla verilmiştir.

  1. I.Göldeki algler ve su bitkileri hızla çoğalır.
  2. II.Ölen alglerin bakterilerce ayrıştırılması sudaki çözünmüş oksijeni azaltır.
  3. III.Nitrat ve fosfat içeren gübre ve deterjan atıkları göle karışır.
  4. IV.Balıklar oksijensiz kalarak ölür.

Bu olayların oluş sırası aşağıdakilerden hangisidir?

10Orta

250 mL'lik bir su örneğinde 50 mg \(\text{CaCO}_3\) eşdeğeri sertlik bulunmaktadır. Bu suyun sertliği kaç °FS'dir? (1 °FS: 1 L suda 10 mg \(\text{CaCO}_3\) eşdeğeri sertlik)

11Orta

Aşağıda bazı hava kirleticileri ve kaynakları eşleştirilmiştir. Bu eşleştirmelerden hangisi yanlıştır?

12Orta

Kuru havanın hacimce bileşimi aşağıdaki grafikte verilmiştir.

Kuru havanın bileşimi

Buna göre

  1. I.Kuru havada hacimce en bol bulunan gaz bir elementtir.
  2. II.Kuru havada \(\text{CO}_2\)'nin hacimce oranı Ar'ninkinden fazladır.
  3. III.Kuru havanın hacimce %99'undan fazlası iki elementten oluşur.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

13Orta

Sera etkisi ile ilgili

  1. I.Sera etkisi olmasaydı yeryüzünün ortalama sıcaklığı bugünkünden çok daha düşük olurdu.
  2. II.Sera gazları yeryüzünün yaydığı kızılötesi ışınları soğurur.
  3. III.Küresel ısınmanın asıl nedeni ozon tabakasının incelmesidir.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

14Orta

Bir içme suyu arıtma tesisinin aşamaları aşağıdaki şemada numaralandırılmıştır.

İçme suyu arıtma aşamaları

Buna göre

  1. I.4 numaralı aşamada sudaki mikroorganizmaların tamamı yok edilir.
  2. II.2 numaralı aşamada eklenen madde, askıdaki küçük tanecikleri topaklaştırarak çökmelerini kolaylaştırır.
  3. III.5 numaralı aşamada eklenen madde mikroorganizmaları öldürür.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

15Orta

Kireçlenmiş bir su ısıtıcısına hidroklorik asit içeren kireç çözücü konulduğunda gerçekleşen tepkime

\(\text{CaCO}_3(k) + a\,\text{HCl}(suda) \rightarrow \text{CaCl}_2(suda) + \text{H}_2\text{O}(s) + \text{X}(g)\)

biçimindedir. Denklem denk olduğuna göre \(a\) ve X aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir?

16Orta

Beş şehirde ölçülen yağmur suyu pH değerleri aşağıdaki grafikte verilmiştir.

Yağmur suyu pH değerleri

Kirlenmemiş yağmur suyunun pH değeri yaklaşık 5,6'dır ve pH değeri bundan küçük olan yağmurlar asit yağmuru sayılır. Buna göre hangi şehirlerde asit yağmuru yağmıştır?

17Orta

Geri dönüşüm ve atıklarla ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?

18Orta

Bir ilaç firması bir üretim sürecinde aşağıdaki değişiklikleri yapıyor.

  1. I.Çözücü olarak zehirli bir organik çözücü yerine su kullanılıyor.
  2. II.300 °C'ta yürütülen tepkime, bir katalizör yardımıyla oda sıcaklığında yürütülüyor.
  3. III.Petrolden elde edilen hammadde yerine bitkisel atıklardan elde edilen hammadde kullanılıyor.

Bu değişikliklerden hangileri yeşil kimya ilkelerine uygundur?

19Zor

Bazı gazların çevreye etkileriyle ilgili

  1. I.\(\text{CH}_4\) hem sera gazıdır hem de asit yağmurlarına yol açar.
  2. II.\(\text{N}_2\text{O}\) bir sera gazıdır.
  3. III.CFC'ler hem ozon tabakasını inceltir hem de sera gazıdır.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

20Zor

Kükürtlü yakıtların neden olduğu asit yağmurlarında

\(2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{SO}_3(g)\) \(\text{SO}_3(g) + \text{H}_2\text{O}(s) \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4(suda)\)

tepkimeleri gerçekleşir. Buna göre

  1. I.İki tepkime toplandığında 2 tane \(\text{SO}_2\) molekülü için 1 tane \(\text{O}_2\) ve 2 tane \(\text{H}_2\text{O}\) molekülü harcanır.
  2. II.Kükürt oranı düşük yakıt kullanmak bu tür asit yağmurlarını azaltır.
  3. III.Bu tepkimelerle oluşan asit yağmurları göllerin pH değerini artırır.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

21Zor

Azot oksitlerinin neden olduğu asit yağmurlarında

\(\text{N}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{NO}(g)\) \(2\text{NO}(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{NO}_2(g)\) \(4\text{NO}_2(g) + \text{O}_2(g) + 2\text{H}_2\text{O}(s) \rightarrow 4\text{HNO}_3(suda)\)

tepkimeleri gerçekleşir. Taşıt motorlarında 4 tane \(\text{N}_2\) molekülünden oluşan NO'nun tamamı bu tepkimelerle \(\text{HNO}_3\)'e dönüşürse kaç tane \(\text{HNO}_3\) molekülü oluşur?

22Zor

Sertliği yalnızca \(\text{CaSO}_4\) ve \(\text{MgSO}_4\) tuzlarından kaynaklanan bir su için

  1. I.Kaynatıldığında yumuşar.
  2. II.Suya \(\text{Na}_2\text{CO}_3\) eklenirse \(\text{Ca}^{2+}\) iyonları \(\text{CaCO}_3\) olarak çöker ve sertlik azalır.
  3. III.Suya yemek tuzu (NaCl) eklenirse sertlik giderilir.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

23Zor

Sertliği yalnızca \(\text{Ca(HCO}_3\text{)}_2\)'den kaynaklanan ve sertliği 25 °FS olan bir suyun 4 L'si kaynatılıyor. Sudaki \(\text{Ca}^{2+}\) iyonlarının tamamı \(\text{CaCO}_3\) olarak çöktüğüne göre kaç mg \(\text{CaCO}_3\) çöker? (1 °FS: 1 L suda 10 mg \(\text{CaCO}_3\) eşdeğeri sertlik)

24Zor

Stratosferde CFC'lerden açığa çıkan klor atomlarının ozonla tepkimeleri

\(\text{Cl} + \text{O}_3 \rightarrow \text{ClO} + \text{O}_2\) \(\text{ClO} + \text{O} \rightarrow \text{Cl} + \text{O}_2\)

biçimindedir. Buna göre

  1. I.Cl atomları bu tepkimelerde tükenir.
  2. II.İki tepkimenin net denklemi \(\text{O}_3 + \text{O} \rightarrow 2\text{O}_2\)'dir.
  3. III.Bu tepkimeler stratosferdeki ozon miktarını azaltır.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

25Zor

Bir termik santralin bacasından çıkan gazların ulaştığı ve çevresindeki tarlalarda yoğun gübre kullanılan bir gölle ilgili

  1. I.Santralden çıkan \(\text{SO}_2\), asit yağmuru yoluyla göl suyunun pH değerini düşürebilir.
  2. II.Tarlalardan göle taşınan nitrat ve fosfatlar ötrofikasyona yol açabilir.
  3. III.Santralin soğutma suyu ısınmış olarak göle verilirse göldeki çözünmüş oksijen azalır.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

26Zor

Bir körfezdeki su ve canlılarla ilgili

  1. I.Suya karışan cıva bileşiklerinin derişimi, küçük balıklarla beslenen büyük balıklarda küçük balıklardakinden yüksek olur.
  2. II.Körfeze ısınmış soğutma suyu verilmesi sudaki çözünmüş oksijeni artırır.
  3. III.Deterjanlardan gelen fosfatlar alglerin çoğalmasını yavaşlatır.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

27Zor

Hava kirliliği ile ilgili

  1. I.Karbon monoksit, kandaki hemoglobine oksijenden daha güçlü bağlanarak dokulara oksijen taşınmasını engeller.
  2. II.Yer seviyesindeki ozon, bacalardan doğrudan havaya verilen birincil bir kirleticidir.
  3. III.Çapı 2,5 mikrometreden küçük partikül maddeler solunum yollarının derinlerine kadar ulaşabilir.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

İlerlemen bu tarayıcıda saklanıyor. Ücretsiz üye ol, her cihazda kaldığın yerden devam et.