AYT ENERJİ KAYNAKLARI, SÜRDÜRÜLEBİLİRLİK VE NANOTEKNOLOJİ

Yazar
erdemhoca
-
0
2
AYT enerji kaynakları sürdürülebilirlik ve nanoteknoloji kimya konu anlatımı kapağı

AYT Enerji Kaynakları, Sürdürülebilirlik ve Nanoteknoloji konu anlatımı kapsamında enerji kaynağı ile enerji taşıyıcısı arasındaki fark, fosil ve yenilenebilir kaynaklar, hidrojen ve nükleer enerji, sürdürülebilirlik, geri dönüşüm, nanomalzemeler ve nanoteknolojinin uygulama alanları işlenecektir.
AYT kimya konu anlatımları ve diğer derslere ait tüm içeriklere AYT konu anlatımı sayfasından ulaşabilirsiniz.

Birincil kaynakDoğada bulunan ve enerji dönüşümünün başlangıcını oluşturan kömür, Güneş, rüzgâr ve uranyum gibi kaynaklardır.
Enerji taşıyıcısıBirincil kaynaktan elde edilen enerjiyi kullanılacağı yere aktaran elektrik ve hidrojen gibi araçlardır.
SürdürülebilirlikBugünün gereksinimlerini gelecek kuşakların olanaklarını azaltmadan karşılama yaklaşımıdır.
Nano ölçekBir nanometrenin 10−9 metre olduğu, yüzey etkilerinin belirginleştiği ölçektir.

Enerji Kaynaklarının Sınıflandırılması

Enerji Kaynağı ve Enerji Taşıyıcısı

Enerji kaynağı, işe dönüşebilen enerjinin ilk elde edildiği doğal varlık ya da olaydır. Kömürün kimyasal enerjisi, uranyum çekirdeğinin bağ enerjisi, Güneş’ten gelen ışınım ve hareketli havanın kinetik enerjisi bu tanıma girer. Birincil enerji kaynağı doğada doğrudan bulunur; elektrik ve hidrojen ise çoğu durumda birincil kaynaktan üretilir.

Enerji taşıyıcısı, enerjiyi üretildiği yerden kullanılacağı yere götürmeye yarayan biçimdir. Elektrik; kömür, doğal gaz, rüzgâr, Güneş veya nükleer enerjiden üretilebilir. Hidrojen de suyun elektroliziyle ya da hidrokarbonlardan elde edilebilir. Bu nedenle elektrik ile hidrojenin çevresel niteliği, yalnız kullanıldıkları ana değil üretimlerinde kullanılan kaynağa da bağlıdır.

Yenilenebilir ve yenilenemez birincil enerji kaynakları ile elektrik ve hidrojen enerji taşıyıcılarının sınıflandırılması
Birincil kaynak, enerjinin başlangıç noktasıdır; elektrik ve hidrojen ise farklı kaynaklardan üretilebilen enerji taşıyıcılarıdır.
Örnek - 1
I. Kömür, kimyasal enerjisi doğada depolanmış birincil kaynaktır. II. Hidrojen, her durumda yenilenebilir birincil enerji kaynağıdır. III. Elektriğin çevresel etkisi, üretildiği kaynağa göre değişebilir. yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve III
D) II ve III
E) I, II ve III
Kömür doğada bulunan birincil kaynaktır. Hidrojen çoğunlukla başka bir enerji kaynağı kullanılarak üretildiği için enerji taşıyıcısıdır; üretim yolu yenilenebilir de fosil kökenli de olabilir. Elektriğin üretimindeki kaynak ve teknoloji çevresel etkiyi belirler.

Cevap: C

Yenilenebilir ve Yenilenemez Kaynaklar

Yenilenebilir kaynak, insan zaman ölçeğinde doğal süreçlerle yeniden sağlanabilen kaynaktır. Güneş, rüzgâr, su döngüsü, jeotermal enerji ve uygun yönetilen biyokütle bu gruptadır. Yenilenemez kaynak ise tüketim hızına kıyasla çok yavaş oluşur; kömür, petrol, doğal gaz ve nükleer yakıtlarda kullanılan uranyum bu gruba girer.

“Yenilenebilir” sözü “etkisiz” anlamına gelmez. Barajlar ekosistemleri değiştirebilir, rüzgâr ve güneş tesisleri alan ve malzeme gerektirir, biyokütlenin yanlış yönetimi ormansızlaşma ve hava kirliliği doğurabilir. Karşılaştırma; ham madde çıkarımı, tesis üretimi, işletme, taşıma ve kullanım sonunu kapsayan yaşam döngüsü üzerinden yapılır.

Örnek - 2
Bir enerji teknolojisi işletme sırasında CO2 çıkarmamakta; ancak tesis yapımında metal üretimi, arazi kullanımı ve kullanım sonunda atık oluşumu gerektirmektedir. Bu bilgi aşağıdaki sonuçlardan hangisini destekler?

A) Teknoloji yenilenemezdir.
B) İşletme emisyonu ile yaşam döngüsü etkisi aynı kavram değildir.
C) Teknolojinin çevresel etkisi sıfırdır.
D) Metal kullanımı enerji üretimini olanaksızlaştırır.
E) Yalnız yakıtın fiyatı karşılaştırılmalıdır.
İşletme anında doğrudan CO2 çıkmaması önemli bir üstünlüktür; fakat tesisin malzeme, arazi ve atık basamakları yaşam döngüsüne dahildir. Bu nedenle iki ölçüt birbirinin yerine kullanılamaz.

Cevap: B

Fosil Yakıtlar ve Çevresel Etkileri

Kömürün Oluşumu ve Türleri

Fosil yakıtlar, eski canlı kalıntılarındaki organik maddenin oksijence sınırlı ortamlarda gömülmesi; uzun zaman boyunca basınç ve sıcaklık etkisi altında dönüşmesiyle oluşur. Kömürde bitkisel kalıntılar önce turbaya dönüşür. Kömürleşme ilerledikçe genel sıra turba → linyit → taş kömürü → antrasit biçimindedir. Bu sırada su ve uçucu madde oranı azalırken karbon oranı ve birim kütleden alınabilen enerji genel olarak artar.

Grafit bir karbon allotropudur; kömür türü değildir. Kok kömürü de doğal kömürleşme basamağı sayılmaz. Taş kömürünün havasız ortamda yüksek sıcaklıkta işlenmesiyle uçucu bileşenlerin uzaklaştırılması sonucu elde edilen, karbonca zengin endüstriyel üründür.

Fosil yakıtların oluşumu ile tam ve eksik yanma ürünlerinin çevresel etkileri
Fosil yakıtın türü kadar yanma koşulları ve içerdiği safsızlıklar da oluşan kirleticileri belirler.
Örnek - 3
Turba, linyit, taş kömürü ve antrasit için kömürleşme derecesi arttıkça I. karbon yüzdesi artar, II. nem ve uçucu madde oranı genel olarak azalır, III. birim kütlenin ısıl değeri genel olarak artar yargılarından hangileri beklenir?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve III
D) II ve III
E) I, II ve III
Kömürleşme, organik yapının karbonca zenginleştiği ve su ile uçucu bileşenlerin azaldığı bir dönüşümdür. Bu yüzden üç eğilim de doğrudur.

Cevap: E

Petrol ve Ayrımsal Damıtma

Ham petrol tek bir saf madde değil; çoğu hidrokarbon olan çok sayıda bileşenin karışımıdır. Rafineride ham petrol ısıtılır ve ayrımsal damıtma kulesine gönderilir. Bileşenler kimyasal tepkimeyle değil, kaynama noktası farklarıyla ayrılır. Kule altta daha sıcak, üstte daha soğuktur.

Küçük moleküllü, düşük kaynama noktalı fraksiyonlar kulenin üst bölümlerinde; büyük moleküllü, yüksek kaynama noktalı fraksiyonlar alt bölümlerinde yoğunlaşır. Gazlar ve benzin üstlere, gaz yağı ile dizel orta bölümlere, ağır yağlar ve bitüm alta yakın bölgelere alınır. Fraksiyon bir saf bileşik değil, benzer kaynama aralığındaki maddeler karışımıdır.

Örnek - 4
Bir petrol fraksiyonu X kulenin üstünden, Y altından alınmaktadır. Buna göre I. X’in ortalama karbon sayısı Y’ninkinden küçüktür. II. Y’nin kaynama aralığı genellikle daha yüksektir. III. Ayrılma, bileşenlerin yanma tepkimesine dayanır. yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız III
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
Üstteki fraksiyonlar daha uçucu ve ortalama olarak daha küçük moleküllüdür. Alt fraksiyonların kaynama aralığı daha yüksektir. Damıtma fiziksel bir ayırmadır; yanma gerçekleşmez.

Cevap: C

Doğal Gaz ve Yanma Ürünleri

Doğal gazın ana bileşeni metandır; etan ve daha büyük hidrokarbonlarla CO2, N2 ve kükürtlü bileşikler küçük oranlarda bulunabilir. Bileşim yatağa ve arıtma düzeyine göre değişir. Metanın yeterli oksijenle tam yanması CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O denklemine göre gerçekleşir.

Oksijen yetersizliğinde CO ve kurum oluşabilir. Karbon monoksit renksiz ve kokusuzdur; hemoglobine güçlü bağlandığı için dokulara oksijen taşınmasını engeller. Yakıttaki kükürtten oluşan SOx ile yüksek sıcaklıkta havanın azot ve oksijeninden oluşabilen NOx, atmosferde asit oluşturan süreçlere katılabilir. CO2 ise sera etkisini güçlendiren başlıca yanma ürünüdür.

Örnek - 5
Aynı metan miktarı önce yeterli, sonra yetersiz oksijen ortamında yakılıyor. İkinci durumda I. CO oluşma olasılığı artar, II. yakıttaki karbonun tamamının CO2‘ye dönüşmesi garanti değildir, III. zehirlenme riski ortadan kalkar yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız III
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
Yetersiz oksijen eksik yanmayı artırır; CO ve kurum oluşabilir. CO zehirli olduğundan risk ortadan kalkmaz, tersine artabilir.

Cevap: C

Yenilenebilir Kaynaklar, Hidrojen ve Nükleer Enerji

Güneş, Rüzgâr, Hidroelektrik ve Jeotermal Enerji

Güneş pilleri ışınım enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürür; güneş kolektörleri ise ışınımı ısı elde etmek için kullanır. Rüzgâr türbininde hareketli havanın kinetik enerjisi önce mekanik, sonra elektrik enerjisine dönüşür. Hidroelektrik santralde yüksekteki suyun kütle çekim potansiyel enerjisi türbin ve jeneratör üzerinden elektriğe çevrilir.

Jeotermal enerji, yerin iç ısısından yararlanır. Sıcak su ve buhar doğrudan ısıtmada veya elektrik üretiminde kullanılabilir. Akışkanın yer altına geri basılması rezervuar basıncını korumaya ve yüzeydeki kimyasal etkileri azaltmaya yardım eder. Kaynak seçimi; bölgenin ışınımı, rüzgârı, su rejimi, jeolojisi, ekosistemi ve enerji gereksinimi birlikte değerlendirilerek yapılır.

Örnek - 6
Bir bölgede yıl boyu yüksek güneşlenme, düşük ve düzensiz rüzgâr, yüzeye yakın sıcak su rezervuarı bulunmaktadır. Buna göre I. güneş enerjisi teknik açıdan elverişli olabilir, II. jeotermal akışkanın geri basılması rezervuar yönetimine katkı sağlar, III. rüzgâr santralinin en uygun seçenek olduğu yalnız bu verilerden kesinleşir yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız III
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
Güneşlenme ve jeotermal rezervuar ilk iki seçeneği destekler. Düşük ve düzensiz rüzgâr, III’ü desteklemediği gibi tek ölçütle “en uygun” sonucu da kurulamaz.

Cevap: C

Örnek - 7
I güneş ve batarya II rüzgar ve su pompalama III jeotermal üretim ve reenjeksiyon sistemlerini gösteren enerji sorusu

Görseldeki I–III sistemleriyle ilgili aşağıdaki yargılardan hangisi yanlıştır?

A) I, kesintili üretimi depolamayla dengeleyebilir.
B) II’de rüzgârın kinetik enerjisi mekanik işe dönüştürülebilir.
C) III’te akışkanın geri basılması rezervuar yönetimine katkı sağlayabilir.
D) Üç sistemin de yaşam döngüsü boyunca hiçbir çevresel etkisi yoktur.
E) Bölgesel koşullar sistem seçimini etkiler.
Her sistem malzeme, arazi, bakım ve kullanım sonu etkileri taşır. Yenilenebilir oluş, yaşam döngüsü etkisinin sıfır olduğu anlamına gelmez. Diğer ifadeler görsellerdeki enerji dönüşümleriyle uyumludur.

Cevap: D

Biyokütle, Biyogaz ve Biyoyakıtlar

Biyokütle; bitkisel, hayvansal ve organik atık kökenli maddelerin enerji hammaddesi olarak değerlendirilmesidir. Oksijensiz ortamda mikroorganizmaların organik maddeleri parçalamasıyla metanca zengin biyogaz oluşabilir. Bitkisel şekerlerin fermantasyonundan biyoetanol; yağların uygun kimyasal dönüşümünden biyodizel elde edilebilir.

Biyokütlenin sürdürülebilirliği kendiliğinden garanti değildir. Ham maddenin yeniden yetişme hızı, arazi ve su kullanımı, gübreleme, taşıma uzaklığı ve yanma emisyonları hesaba katılır. Atıkların değerlendirilmesi, yeni tarım alanı açılmasına dayanan üretime göre farklı bir yaşam döngüsü sonucu verebilir.

Örnek - 8
İki biyogaz tesisi eşit enerji üretmektedir. X tesisi yerel hayvansal atığı, Y tesisi uzak bölgede bu amaçla yetiştirilen ürünü kullanmaktadır. Yalnız bu bilgilere göre hangi sonuç kesinlikle kurulamaz?

A) Ham madde kaynağı yaşam döngüsü etkisini değiştirebilir.
B) Taşıma uzaklığı enerji tüketimini etkileyebilir.
C) X, bir atığın değerlendirilmesini sağlar.
D) Her biyokütle uygulamasının çevresel sonucu aynıdır.
E) Arazi kullanımı karşılaştırmada dikkate alınabilir.
Ham madde ve lojistik farklı olduğunda tüm biyokütle uygulamalarının aynı çevresel sonuca sahip olduğu söylenemez. D seçeneği bu nedenle kesinlikle kurulamaz.

Cevap: D

Hidrojenin Üretimi, Depolanması ve Kullanımı

Hidrojen doğada enerji bakımından kullanılabilir H2 hâlinde bol bulunmadığından önce üretilmelidir. Suyun elektrolizinde elektrik enerjisi kullanılır: 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g). Elektrik yenilenebilir kaynaktan geliyorsa üretim aşamasının karbon etkisi düşük olabilir; elektrik fosil yakıttan geliyorsa dolaylı emisyon artar.

Hidrojen sıkıştırılmış gaz, çok düşük sıcaklıkta sıvı veya metal hidrür ve sodyum borhidrür gibi kimyasal taşıyıcılarda depolanabilir. Sodyum borhidrürün suyla tepkimesi NaBH4 + 2H2O → NaBO2 + 4H2 biçiminde gösterilebilir. Yakıt pilinde toplam tepkime 2H2 + O2 → 2H2O’dur; kimyasal enerji doğrudan elektrik enerjisine çevrilir.

Elektrik enerjisiyle elektroliz hidrojen depolama ve yakıt pilinde elektrik ile su oluşumu döngüsü
Hidrojenin kullanımında su oluşabilir; toplam çevresel değerlendirme için hidrojenin nasıl üretildiği de bilinmelidir.
Örnek - 9
NaBH4 + 2H2O → NaBO2 + 4H2 denklemine göre 7,6 gram NaBH4‘ten yeterli suyla tam verimde kaç mol H2 elde edilir? (NaBH4: 38 g/mol)

A) 0,20
B) 0,40
C) 0,60
D) 0,80
E) 1,60
7,6/38 = 0,20 mol NaBH4 vardır. Denklemde 1 mol NaBH4 4 mol H2 verdiğinden 0,20·4 = 0,80 mol H2 oluşur.

Cevap: D

Örnek - 10
Aynı miktarda H2, X sürecinde kömürden; Y sürecinde güneş elektriğiyle su elektrolizinden üretiliyor ve iki süreçte de aynı yakıt pilinde kullanılıyor. Buna göre I. kullanım noktasındaki toplam yakıt pili tepkimesi aynıdır, II. üretim aşamasındaki CO2 etkileri farklı olabilir, III. H2‘nin enerji taşıyıcısı olması üretim kaynağını önemsiz kılar yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
Yakıt pilinin kullanım tepkimesi iki durumda da su oluşturur. Fakat H2‘nin üretim yolu toplam emisyonu değiştirebilir; taşıyıcı kavramı kaynağı önemsiz yapmaz.

Cevap: C

Nükleer Fisyon ve Füzyon

Fisyon, ağır bir çekirdeğin daha küçük çekirdeklere ayrılmasıdır. Nükleer santrallerde açığa çıkan enerji suyu ısıtır; oluşan buhar türbin ve jeneratör üzerinden elektrik üretir. İşletme sırasında fosil yakıt yanması olmadığı için doğrudan CO2 emisyonu düşüktür; ancak uranyum madenciliği, tesis yapımı, güvenlik ve radyoaktif atık yönetimi yaşam döngüsünün parçalarıdır.

Füzyon, hafif çekirdeklerin birleşerek daha ağır çekirdek oluşturmasıdır ve yıldızların enerji kaynağıdır. Çok yüksek sıcaklık ve plazma denetimi gerektirdiğinden fisyon santralleri gibi yaygın ticari elektrik üretim yöntemi değildir. Nükleer enerji yenilenebilir sayılmaz; çünkü kullanılan yakıt rezervleri sınırlıdır.

Örnek - 11
Nükleer enerjiyle ilgili I. Santralde çekirdek enerjisi önce ısıya, sonra mekanik ve elektrik enerjisine dönüştürülebilir. II. Fisyon ağır çekirdeklerin bölünmesidir. III. Uranyumun sınırlı rezervi nedeniyle nükleer enerji yenilenebilir kaynak sayılmaz. yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve III
D) II ve III
E) I, II ve III
Üç ifade de nükleer santralin enerji dönüşümü, fisyonun tanımı ve yakıt rezervinin niteliğiyle uyumludur.

Cevap: E

Sürdürülebilirlik ve Döngüsel Malzeme Yönetimi

Çevresel, Toplumsal ve Ekonomik Boyutlar

Sürdürülebilirlik yalnız çevreyi koruma değil; çevresel, toplumsal ve ekonomik koşulları birlikte gözetme yaklaşımıdır. Bir enerji projesinin emisyonu ve su kullanımı çevresel; çalışan güvenliği, yerel halk ve erişilebilirlik toplumsal; yatırım, bakım, ham madde ve uzun dönem maliyeti ekonomik boyuta girer.

Bir seçeneğin tek göstergede üstün olması bütünüyle sürdürülebilir olduğunu kanıtlamaz. Örneğin düşük işletme emisyonuna sahip bir sistem kritik ham madde, güvenli olmayan çalışma koşulu ya da çözülemeyen atık sorunu taşıyabilir. Karar verilirken etkilerin yalnız başka bölgeye veya gelecek zamana aktarılmadığı da incelenir.

Örnek - 12
Bir tesis için I. su tüketimi azaltılmış, II. çalışan güvenliği geliştirilmiş, III. bakım maliyeti düşürülmüş düzenlemeleri yapılıyor. Bunların sürdürülebilirliğin boyutlarıyla eşleştirilmesi hangisidir?

A) I ekonomik, II çevresel, III toplumsal
B) I çevresel, II toplumsal, III ekonomik
C) I toplumsal, II ekonomik, III çevresel
D) I ve II yalnız çevresel, III ekonomik
E) Üçü de yalnız ekonomik
Su tüketimi doğrudan çevresel, çalışan güvenliği toplumsal, bakım maliyeti ekonomik boyutla ilişkilidir. Gerçek uygulamada boyutlar birbirini etkileyebilse de verilen baskın eşleştirme B’dir.

Cevap: B

Azaltma, Yeniden Kullanma ve Geri Dönüşüm

Kaynak yönetiminde ilk amaç atığın hiç oluşmaması veya daha az oluşmasıdır. Azaltma, aynı işlevi daha az malzemeyle karşılamaktır. Yeniden kullanma, ürünü önemli bir hammadde işlemine sokmadan tekrar kullanmaktır. Geri dönüşüm, atığı işlemlerden geçirip ikincil ham maddeye dönüştürür. Enerji geri kazanımı ve bertaraf, malzemenin değerini daha az koruyan sonraki seçeneklerdir.

Azalt yeniden kullan ve geri dönüştür basamaklarıyla polimer kağıt ve metalin ikincil ham maddeye dönüşmesi
Malzeme döngüsünde öncelik, önce gereksiz tüketimi azaltmak; sonra ürünü yeniden kullanmak ve uygun atığı geri dönüştürmektir.
Örnek - 13
I. Tek kullanımlık şişe yerine doldurulabilir şişe kullanmak, II. kullanılmış cam kavanozu depolama kabı yapmak, III. alüminyum kutuyu eritip yeni levha üretmek uygulamaları sırasıyla hangi basamaklara örnektir?

A) Azaltma – yeniden kullanma – geri dönüşüm
B) Yeniden kullanma – azaltma – bertaraf
C) Geri dönüşüm – yeniden kullanma – azaltma
D) Azaltma – geri dönüşüm – yeniden kullanma
E) Bertaraf – azaltma – geri dönüşüm
Doldurulabilir şişe tek kullanımlık ürün tüketimini azaltır; kavanoz biçimi korunarak yeniden kullanılır; alüminyum eritilip ikincil ham madde olduğundan geri dönüştürülür.

Cevap: A

Polimer, Kâğıt ve Metallerin Geri Dönüşümü

Polimer atıklar türlerine göre ayrılır, temizlenir, parçalanır ve uygun olanlar eritilerek yeniden şekillendirilebilir. Farklı polimerlerin erime davranışları ve kimyasal yapıları aynı olmadığından karışık atık, ürün kalitesini düşürebilir. Termoplastikler ısıtıldığında yeniden şekillenmeye daha uygundur; çapraz bağlı termosetler aynı yolla kolayca eritilip biçimlendirilemez.

Kâğıt geri dönüşümünde lifler suyla hamurlaştırılır, yabancı maddeler ve mürekkep ayrılır, yeni kâğıt tabakası oluşturulur. Lifler her çevrimde kısalıp zayıflayabildiği için sonsuz kez aynı kalitede dönüştürülemez. Metallerde ayırma ve eritme önemlidir. Özellikle alüminyumun geri dönüşümü, cevherden üretime göre önemli miktarda enerji ve ham madde tasarrufu sağlayabilir; ancak toplama, ayırma ve eritme yine enerji gerektirir.

Örnek - 14
Karışık bir plastik atıkta termoplastik ve termoset parçalar birlikte bulunmaktadır. Bu karışımın doğrudan eritilip tek tip kaliteli ürün yapılmasını güçleştiren temel neden hangisidir?

A) Bütün polimerlerin aynı erime noktasına sahip olması
B) Termosetlerin çapraz bağlı yapıları nedeniyle eriyerek yeniden şekillenmemesi
C) Termoplastiklerin yalnız metal bağ içermesi
D) Polimerlerin karbon içermemesi
E) Geri dönüşümün kimyasal yapıyla ilgisiz olması
Termosetlerde üç boyutlu çapraz bağ ağı, ısıtıldığında zincirlerin birbirinin üzerinden akmasını engeller. Termoplastikler ise uygun sıcaklıkta yumuşayıp şekillenebilir. Bu yapısal fark ayırmayı gerekli kılar.

Cevap: B

Örnek - 15
Bir ton ürün için birincil metal kullanıldığında 120 birim, geri dönüştürülmüş metal kullanıldığında toplama ve eritme dahil 35 birim enerji harcanıyor. 8 ton ürünün tamamı geri dönüştürülmüş metalden üretilirse enerji tasarrufu kaç birim olur?

A) 280
B) 560
C) 680
D) 960
E) 1240
Ton başına tasarruf 120 − 35 = 85 birimdir. 8 ton için 8·85 = 680 birim enerji tasarrufu sağlanır. Geri dönüşümün enerji tüketimini sıfırlamadığı da veriden görülür.

Cevap: C

Nanoteknoloji ve Nanomalzemeler

Nano Ölçek ve Yüzey Alanı Etkisi

Nanometre, metrenin milyarda biridir: 1 nm = 10−9 m. Nanoteknoloji çoğunlukla en az bir boyutu yaklaşık 1–100 nm aralığında olan yapıların üretilmesi, incelenmesi ve kullanılmasıyla ilgilenir. Bu sınır yalnız bir adlandırma değildir; tanecik küçüldüğünde yüzeyde bulunan atomların toplam atomlara oranı belirgin biçimde artar.

Aynı madde miktarı daha küçük taneciklere ayrıldığında toplam hacim değişmez, fakat toplam yüzey alanı büyür. Bu nedenle yüzeyde gerçekleşen kataliz, çözünme ve bazı tepkimeler hızlanabilir. Nano ölçekte elektronların hareketinin sınırlanması da optik, elektriksel ve manyetik özellikleri büyük parçadakinden farklılaştırabilir. “Nano olan her madde daha güçlüdür” gibi tek yönlü bir genelleme yapılamaz; değişen özellik maddeye, boyuta, şekle ve yüzey kimyasına bağlıdır.

Aynı madde miktarı daha küçük nano taneciklere ayrıldığında toplam yüzey alanının artması
Tanecik boyutu küçüldükçe aynı hacimde daha fazla yüzey açığa çıkar ve yüzey olaylarının önemi artar.
Örnek - 16
Aynı madde miktarından oluşan X büyük küpleri ile Y küçük küplerinin karşılaştırılması

Görselde X ve Y örneklerinin toplam madde miktarı ve yoğunluğu eşittir. Yalnız küp boyutları farklı olduğuna göre I. toplam hacimleri eşittir, II. Y’nin toplam yüzey alanı daha büyüktür, III. yüzeyde gerçekleşen aynı tepkimenin Y’de daha hızlı olması beklenebilir yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve III
D) II ve III
E) I, II ve III
Eşit kütle ve yoğunluk, eşit toplam hacim verir. Aynı hacmin daha küçük parçalara ayrılması toplam yüzey alanını artırır; yüzey kontrollü tepkime için daha fazla temas noktası oluşur.

Cevap: E

Örnek - 17
Ayrıtı 12 nm olan bir küp, madde kaybı olmadan ayrıtı 3 nm olan eş küplere ayrılıyor. Toplam yüzey alanı ilk durumun kaç katı olur?

A) 2
B) 3
C) 4
D) 8
E) 16
Her doğrultuda 12/3 = 4 küçük küp, toplam 43 = 64 küp oluşur. İlk alan 6·122, yeni toplam alan 64·6·32‘dir. Oran 64·9/144 = 4’tür.

Cevap: C

Karbon Nanoyapıları

Karbon atomları bağlanma düzenlerine göre farklı allotroplar oluşturur. Fullerenler, karbon atomlarının kapalı kafesler oluşturduğu moleküllerdir; C60 futbol topunu andıran yapısıyla bilinir. Karbon nanotüpler, grafen benzeri altıgen karbon örgüsünün silindir biçiminde düşünülmesiyle açıklanabilir. Çapları nano ölçekte, uzunlukları çok daha büyük olabilir.

Grafen, karbon atomlarının tek atom kalınlığında altıgen bir ağ oluşturduğu tabakadır. Bu yapıların elektriksel iletkenlik, mekanik dayanım, düşük yoğunluk ve yüzey özellikleri birbirinin aynı değildir; ayrıca özellikler kusur, çap, katman sayısı ve üretim yöntemine bağlıdır. Bir nanoyapının kullanım alanı adıyla değil, ölçülmüş özelliğiyle ilişkilendirilir.

Örnek - 18
Karbon nanoyapılarıyla ilgili I. C60 kapalı kafesli bir fulleren örneğidir. II. Karbon nanotüp, silindirik karbon ağı olarak düşünülebilir. III. Bütün karbon allotroplarının fiziksel özellikleri aynıdır. yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız III
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
İlk iki ifade yapı tanımlarıyla uyumludur. Allotroplarda atom türü aynı olsa da bağlanma düzeni farklı olduğundan fiziksel özellikler aynı olmak zorunda değildir.

Cevap: C

Nanoteknolojinin Uygulamaları ve Riskleri

Nanomalzemeler; hedefli ilaç taşıma, görüntüleme, sensör, güneş pili, batarya, katalizör, su arıtma, dayanıklı ve hafif kompozit, çizilmeye veya kirlenmeye dirençli kaplama gibi alanlarda kullanılabilir. Yüksek özgül yüzey alanı katalizörde etkin temas yüzeyi sağlayabilir; nano boyutlu yarı iletkenlerde boyuta bağlı optik özelliklerden yararlanılabilir.

Küçük boyut aynı zamanda biyolojik zarları geçme, havada dağılma veya çevrede farklı davranma olasılığını artırabilir. Risk; yalnız “nano” sözcüğünden değil, taneciğin kimyasal bileşimi, boyutu, şekli, yüzey kaplaması, dozu ve maruz kalma yolundan doğar. Bu nedenle yarar değerlendirmesi; toksisite, işçi güvenliği, çevresel yayılım ve kullanım sonu yönetimiyle birlikte yapılır.

Örnek - 19
Aynı kimyasal bileşime sahip mikro ve nano tanecikler karşılaştırıldığında nano tanecik için I. birim kütle başına yüzey alanı daha büyük olabilir, II. biyolojik etkileşimi ve toksisitesi ayrıca incelenmelidir, III. yalnız kimyasal formül aynı olduğu için bütün özellikleri kesinlikle aynıdır yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız III
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
Boyut küçülmesi yüzey alanını ve biyolojik etkileşimi değiştirebilir. Aynı kimyasal formül, boyut ve yüzey yapısından doğan bütün fiziksel ve biyolojik özelliklerin aynı olacağını kanıtlamaz.

Cevap: C

Örnek - 20
Bir yakıt pilinde kullanılan metal katalizörün aynı kütlesi nano taneciklere dönüştürüldüğünde daha düşük katalizör kütlesiyle benzer hız elde ediliyor. Ancak üretim sırasında tanecik solunmasına karşı kapalı sistem gerekiyor. Bu durum aşağıdaki değerlendirmelerden hangisini en iyi destekler?

A) Nano tanecikler yalnız yarar sağlar.
B) Yüzey alanı artışı katalitik etkinliği artırabilir; maruz kalma riski ayrıca yönetilmelidir.
C) Katalizör tepkimenin denge sabitini değiştirir.
D) Nano boyuta geçildiğinde madde miktarı kendiliğinden artar.
E) İş güvenliği kimyasal özelliklerden bağımsızdır.
Nano taneciklerin yüksek yüzey alanı daha fazla etkin yüzey sunabilir; bu yarar, solunma ve yayılım risklerinin yok olduğu anlamına gelmez. Katalizör denge sabitini değiştirmez.

Cevap: B

Dikkat
Hidrojen ve elektrik birer enerji taşıyıcısıdır; çevresel etkileri üretildikleri kaynaktan bağımsız değildir. Yenilenebilir bir kaynak da yaşam döngüsü boyunca sıfır etki anlamına gelmez. Nano ölçekte özellik değişimi mümkündür; fakat değişimin yönü her madde için aynı değildir.

Önceki Konu: Karboksilik Asitler ve Esterler

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz