Kimya eğitiminde MATHCAD uygulamaları: Carnot çevrimi

Giriş Bilgisayar teknolojisindeki son gelişmeleri barındıran programlar, öğrencilerin okulda işledikleri ders konularını interaktif bir şekilde sıkılmadan pekiştirmelerini hedefler. Mathcad ve benzeri bilgisayar programları sayısal problemlerin öğrenciler tarafından kolaylıkla çözümlenmesi ve anlaşılmasında çok büyük katkı sağlar. Sayıların, formüllerin ve grafiklerin birbiriyle etkileşimli olarak kullanıldığı ve denklemlerin sayısal ve analitik olarak çözülebildiği matematiksel bir program olan mathcad son yıllarda fizikokimyasal problemlerin çözümünde yaygın olarak kullanılmaktadır(1,2). Yöntem Fizikokimya öğretiminde karşılaşılan sorunlardan biri tersinir ve tersinmez kavramının anlatılmasıdır. Çevrim yapan sistemlerde tersinmezlik; çevrimin gerçekleştirildiği ekipman parçaları arasındaki sürtünmeden, olay yürütücü kuvvet büyüklüğünden ve çevrimde kullanılan akışkanın moleküllerarası etkileşim (iç sürtünme) kuvvetlerinden kaynaklanır. Bu çalışmada ekipman parçaları arasındaki mekanik sürtünme kuvveti ihmal edilerek diğer iki tersinmezlik faktörünün açıklanması amaçlanmıştır. Carnot çevriminde yürütücü kuvvetin tersinmezlik etkisini açıklamak üzere çevrimde ideal gaz kullanıldığı kabul edilmiş ve iç basınç ile dış basınç arasındaki fark azalan, yani tersinirliğe gidiş yönünde değiştirilerek her bir basamak ve çevrim için termodinamik özellik değişim büyüklükleri hesaplanmıştır. Yine carnot çevriminde kullanılan akışkan türü dolayısıyla iç sürtünmeden kaynaklanan tersinmezlik etkisini göstermek amacı ile (basınç farkı tersinirlik sınırlarında tutularak) ideal gaz-ideal gaz denklemi ile gerçek gaz (He, CH4, Cl)- van der waals denklemi esas alınarak her bir basamak ve çevrim için termodinamik özellik değişim büyüklükleri hesaplanmıştır. Hesaplamaların ve değişim grafiklerinin klasik yöntemle yapılması çok zaman alıcı ve hassasiyeti oldukça düşüktür. Tüm hesaplamaların Mathcad ve benzeri programlar kullanılarak bilgisayar ile yapılması çok kısa sürede ve yüksek doğrulukta yapılabilmektedir. Ayrıca değişkeni değiştirmek çok kolay olup tüm öğrencileri aktif kılmak mümkün olmaktadır. Sonuç Carnot çevriminde yürütücü kuvvetten ve kullanılan akışkandan kaynaklanan tersinmezlik etkisi, tersinir-tersinmezlik kavramının açıklanması, tersinmezlikten kaynaklanan çevrim veriminin değişkenliği, hal ve yol fonksiyonu arasındaki farklılık kullanılan Mathcad bilgisayar programı ile daha kolay açıklanabilmekte, öğrencinin eğitime aktif katılımı sağlanabilmektedir

İnteraktif kimya

Giriş İnternet teknolojisindeki gelişmelerle birlikte kimyacılar için moleküllerin üç boyutlu şekillendirilmesi, molekül üzerindeki farklı birimlerin renklendirilmesi, renk ve büyüklüğünün değiştirilebilmesi, hareketlendirilmesi, NMR, IR ve MS gibi spektrumların interaktif olarak molekül ile etkileşimli hale gelmesi, sanal titrasyonlar ve dinamik verilerin animasyonları artık internet ile mümkün olmaktadır.(1,2) Yöntem Bu teknolojilerin HTML ile oluşturulmuş sayfalarda görüntülenebilmesi için çeşitli plug-ins ve yardımcı uygulamalara ihtiyaç vardır. Bu makalenin ilk bölümünde farklı dosya türlerinin tanınmasında kullanılan MIME (Multi Purpose Internet Mail Extensions)’ ler hakkında genel bilgi verilerek özellikle kimyacıların kullandıkları yaygın MIME tipleri açıklanacaktır. İkinci bölümde VRML (Virtual Reality Modelling Language), Java, Chime gibi plug-ins’leriyle ve RASMOL (Raster Molecules) ve KINEMAGE (Kinetic Images) gibi yardımcı uygulamalarıyla üç boyutlu görüntüleme analiz edilerek bu teknolojinin SN1, SN2, SNi, E1, Diels Alder gibi reaksiyon mekanizmalarının açıklanmasında kullanımı tartışılacaktır. Üçüncü bölümde ise molekülle etkileşimli olarak incelenebilen interaktif NMR, IR ve MS spektrumları incelenecektir. Son bölümde ise elektronik konferans ve elektronik dergiler ile, geleneksel konferans ve dergiler karşılaştırılarak avantajları ve dezavantajları belirlenecektir. Sonuç Internet artık sadece bilgisayarınızla ziyaret ettiğiniz, dökümanlara baktığınız ve bilgi topladığınız bir yer olmayıp giderek artan bir şekilde bilgisayarın bir uzantısı haline gelmiştir. Artık kendi bilgisayarınızdan ziyade Internet’te bulunan programları çalıştırabilir, bilgisayarınız ile internet’i interaktif olarak beraberce büyük bir bilgisayar sistemi gibi çalışmasını mümkün kılacak şekilde geliştirilmiş araçlar bulabiliriz

Hidrate çimento hamurunun asidik ortamda çözündürme kinetiği

Giriş Farklı özellikte çok sayıda olayın etkin olabildiği katı-sıvı heterojen reaksiyonların kinetiği karmaşıktır(1). Asidik ortamda çimento bileşenleri önemli ve farklı oranda çözünerek yapı değişimine uğramaktadır. Asidik ortamda hidrate çimento hamuru (H.Ç.H.) bileşenlerinden çözünebilen tuzların yanında ortamın pH’ ına bağlı olarak yapısında Al ve Fe oksit içeren silisyumdioksit esaslı katı ürün oluşmaktadır. Çözünmeyen silisyumdioksit esaslı katı ürün H.Ç.H yüzeyinden ayrılmayarak asidik akışkan faz ile orijinal H.Ç.H. arasında koruyucu tabaka oluşturmakta ve doğrudan teması engellemektedir. Bu aşamadan sonra reaktifler arası etkileşmede difüzyon etkin olmaktadır(2,3). Yöntem Çalışmada; sabit su/çimento (w/c=0,3) oranında hazırlanan ve su buharı ile doygun ortamda 28 gün bekletilerek sertleşmesi sağlanan 4 mm. yarıçaplı küresel H.Ç.H. örneği katı reaktif, HNO3, HCl, CH3COOH ve H2SO4 sulu çözeltileri sıvı reaktif olarak kullanılmıştır. Leaching reaksiyonu seçilen üç farklı sıcaklıkta (40-50-60 oC), her bir sıcaklık ve asit türü için üç farklı derişimli çözeltide 600 dk. süre ile izlenmiştir. Seçilen reaksiyon süresince akışkan faza geçen kalsiyum miktarı kompleksometrik (EDTA) yöntemle belirlenmiştir. Katı-sıvı heterojen reaksiyonlar için önerilen çok sayıda integre edilmiş model kinetik denklemler esas alınarak elde edilen verilerin t→f(α) değişim grafikleri çizilmiş, doğrusal değişime uyum gösteren modeller için gözlenen hız sabitleri hesaplanmıştır. Asit derişimi dışında diğer ortam şartlarının aynı olması durumunda kgöz.=k/Cn teorik bağıntısı gereği lnC-lnkgöz. grafikleri çizilerek n ve lnk/ değerleri bulunmuştur. Arhenius bağıntısı kullanılarak lnk/-1/T grafiklerinden de Çizelge 1’ de verilen Aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. Sonuç H.Ç.H.’ daki kalsiyumun çözündürülmesinde asit çözeltisi etkinliğinin HNO3>HCl>CH3COOH >>H2SO4 düzeninde değiştiği, çözünme sonunda oluşan silika esaslı katı ürünün orijinal H.Ç.H.’ dan ayrılmadığı belirlenmiştir. Farkı çalışmacılar tarafından modellenen kt = [1− (1−α )1/ 3 ]2 (I) kt = [1/(1−α )1/ 3 −1]+1/ 3ln(1−α ) (III) kt = [1− (2α /3)]− (1−α )2 / 3 (II) =1/5(1− ) 5/ 3 −1/ 4(1− ) 4 / 3 +1/ 20 − − kt α α (IV) hız denklemleri gereği çizilen t→f(α) değişim grafiklerinin doğrusal değişim gösterdiği belirlenmiştir. Verilerin uyum gösterdiği model integre edilmiş hız denklemleri ve hesaplanan aktivasyon enerjisi (<5 kkal) büyüklüğünden çözünme reaksiyonunun ürün katı katmanında difüzyon kontrollü olarak gerçekleştiği sonucuna varıldı. Farklı tür ve yapıdaki katı ürün oluşumuna neden olması nedeniyle sülfürik asitli ortamda H.Ç.H. çözünmesinin diğer asitli ortamlarda çözünmesinden farklı bir mekanizma ile gerçekleştiği belirlenmişti

Dissolution Kinetic of Calcium In Hidrated Cement Paste

Bu çalışmada hidrate çimento hamurundaki (HÇH) kalsiyumun asitli ortamda çözünme reaksiyonu çimento türü, asit türü, asit derişimi ve sıcaklık parametreleri değiştirilerek incelenmiştir. Birden fazla olayın sınırlayıcı olabildiği katı-sıvı heterojen reaksiyonları için türetilmiş model kinetik denklemler esas alınarak, çözünen kalsiyumun kesrinin (α ) fonksiyonu olan değerlerin zamana karşı değişim grafikleri hazırlanmış ve bu değişim grafiklerinden çözünme reaksiyonunun difüzyon kontrollü gerçekleştiği belirlenmiştir. Bulguların değerlendirilmesi sonucunda; Hidrate çimento hamurundaki kalsiyumun asitli ortamda çözünme reaksiyonunun oluşan katı ürün gözeneklerinde reaktif difüzyonu ile kontrollü gerçekleştiği, Oluşan katı ürün gözenekliliğinin çimento türü ile değiştiği, Gözlenen aktivasyon enerjisinin reaktif ve model hız denklem türüne göre değiştiği, Tüm reaksiyonlar için gözlenen aktivasyon enerjisinin 17 kJ/mol (∼4 kcal/mol) değerinden küçük olduğu belirlenmiştir.In this study the dissolution reaction of calcium in hidrated cement paste, in acid medium, was invastigated by changing parameters of cement type, acid type, acid concentration and temparature. The values of calcium dissolve fraction (α ) function is calculated on the basis of model kinetic equations which were derivated for solid-liquid heterogeneous reactions. The graphs of these values versus to time were prepared and from these graphs it is determined that the dissolve reaction is diffusion controlled. After evaluating the results; The dissolution reaction of calcium in hidrated cement paste in acid medium was observed reactive diffusion controlled in pores of formed solid product. It is noticed that, porosity of formed solid product changes due to cement type. It is also determined that, observed activation energy changes due to reactive and model kinetic equation type. It is found that the observed activation energy for all reactions was lower than 20 kJ/mol (∼5 kcal/mol

Blend or copolymer? Spectroelectrochemical evidence of copolymerization or blending two monomer

Conducting polymers have attracted great interest due to their ease of synthetic accessibility and modified architecture which can control the polymer properties (i.e., electronic, optical, conductivity, etc.) [1]. These advanced systems can be modified to be amenable for use in the desired application by changing the structure of starting monomers. Blending and copolymerization are another frequently used methods in order to improve the properties of the polymers [2]. A dipyrromethane functionalized monomer; 5-(4-tert-butylphenyl) dipyrromethane (BPDP) was synthesized. Electrochemical polymerization, copolymerization and blending of BPDP with 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) were achieved in LiClO4/AN. Spectral and electrochromic properties of producs are investigated. Spectral properties of copolymer and blend have great differences from each other and corresponding homopolymers. Effects of differentiation feed ratio of monomers on copolymers’ spectral properties are also investigated

Determine of solid phase reaction parameters by termal analysis

Bu çalışmada kalsiyum karbonatın termal bozunma tepkimesi incelenmiştir. Ticari ürün kalsiyum karbonat termal bozunma tepkimesi, sırası ile 6oC/dk, 8oC/dk ve10oC/dk ısıtma hızlarında ve oda sıcaklığı-1100oC sıcaklık aralığında Shimadzu DTG-60H termal analiz cihazı ile gerçekleştirildi. Her bir ısıtma hızı için termogram grafikleri hazırlandı. Yayınlanmış çalışma bulguları esas alınarak termal bozunma tepkimesi Ozawa “Ozawa(1970)” Coats Redfern “Diefallah vd. (2001)” ve Freidman “Hu vd. (2002)” tarafından geliştirilen yöntemlere göre değerlendirildi. Bu amaç ile termal analiz cihazı mikroişlemci kayıtlarından bozunma kesri, bozunma sıcaklığı, ısıtma hızı, bozunma kesrinin zamanla değişimi gibi kinetik veriler alındı. Kinetik veriler kullanılarak farklı değişim grafikleri hazırlandı. Çalışma sonucunda kalsiyum karbonatın termal bozunma tepkimesinin 785-1400K aralığında ve ortalama 1020K pik sıcaklığında gerçekleştiği ve ısıtma hızı ile kısmen değiştiği belirlenmiştir. Termal bozunma tepkime mertebesinin 0,3 , tepkime aktivasyon enerjisinin ise ortalama 181 kJ/mol olduğu belirlenmiştir. Tepkime mertebesi ve aktivasyon enerjisi ısıtma hızından etkilenmekte olup kullanılan yönteme göre sınırlı bir değişme göstermektedir

The effect of the monomer feed ratio and applied potential on copolymerization: investigation of the copolymer formation of ferrocene-functionalized metallopolymer and EDOT

In this study, we reported synthesis of ferrocene functioned conducting metallopolymer to enhance the understanding of properties of polymers. One of the crucial ways in the electrochromic polymer materials research was tuning color by means of copolymerization and change of polymer backbones and side groups. For this purpose, we synthesized copolymer of 4-(2,5-di(thiophen-2-yl)-1H-pyrrol-1-yl)amido ferrocenyl dithiophosphonate with EDOT via potentiodynamic electrolysis. Spectral and electrochemical characterizations of the copolymer were investigated. In addition, the spectral properties of the copolymers prepared by different applied potentials and different monomer feed ratio were studied. For the first time, copolymer composition and the monomer reactivity ratios were approximately calculated by using the spectral data

An amide substituted dithienylpyrrole based copolymer: its electrochromic properties

Electrochemistry of a new generation copolymer of N-(2,5-di(thiophen-2-yl)-1H-pyrrol-1-yl)-4-(vinyloxy) benzamide (TPVB) and 3,4-ethylendioxythiophene (EDOT) is presented. In this study, a novel copolymer based upon TPVB and EDOT is successfully synthesized and characterized in dichloromethane (DCM)/tetrabutylammonium hexafluorophosphate (TBP6) solution for different feed ratios of monomers via electrochemical methods. The copolymer film reveals three different colors (pale red color, green, midnight blue) under different potentials and it has good optical contrasts (44% at 555 nm and 75% at 1000 nm) and fast swiching times (1.5 s at 555 nm and 2.0 s at 1000 nm). Satisfactory results implied that the copolymer films (P(TPVB-co-EDOT)) can be used in a wide variety of applications such as electrochromic devices, optical displays. We also describe a proposal for the determination of copolymer composition by means of the optical properties of P(TPVB-co-EDOT)

Theoretical investigation of triazine based a star shape pyrrole monomer

In this work, we report a comprehensive theoretical investigation of electroactive star shaped pyrrole functionalized triazine monomer with two main goals. First goal of this work is to explore the physical and chemical properties of the monomer, then to investigate correlation between the experimental and the theoretical properties of monomer. The scale factor which is calculated from B3LYP/cc-pVDZ was determined as 0.985 for FT-IR and it is an important and reliable contribution to the literature. It is determined that the most appropriate basis set for this molecule. The other novel objective of this research is to investigate temperature effect on displacement of chlorine atoms in 2,4,6-trichloro-1,3,5-triazine. This method applied for the first time in the literature for triazines is especially crucial to the synthesis of unsymmetrical triazines

Thermal decomposition kinetics of polypyrrole and its star shaped copolymer

Thermal behavior of 2,4,6-tris(4-(1H-pyrrol-1-yl)phenoxy)-1,3,5-triazine monomer, polypyrrole, and their star shaped copolymer, were investigated using TG and DTA methods. It was found that Tria melts at 517 K and after than it starts to decompose. Decomposition proceeded in two stages which were corresponding to removal of branched groups and remaining core structure degradation, respectively. Polypyrrole and copolymer showed similar thermal behaviors. These compounds decomposed in three stages which are removal of solvent, removal of dopant anion and rest of structure decomposition. The calculation of activation energies of all reactions were realized using model-free (KAS and FWO) methods. The graphs were prepared which show the alteration of activation energy with decomposition ratio. Thermal analysis results showed that dopant anion and solvent removal activation energy values for copolymer are lower than polypyrrole. Star shaped loose-packed novel structure greatly facilitates solvent and dopant anion removal from copolymer. It can be concluded also that thermal analysis can be used as predict package structure of conducting polymers