Proje Adı : Metal silikatlar nasıl oluşur?
Proje Türü: Araştırma
Proje Alanı : Kimya
DANIŞMAN ÖĞRETMEN: HASAN FIRAT
ÖĞRENCİLER-9-C

ÖMER ERTAN DEMİR, METE ERALTUĞ, CEMİL ÖZDEN,  SABRİ TOPÇU

Amaç: ANA AMAÇ:  Silikatların oluşumu, öncelikle silisyum dioksitin oluşumu ve bunu takiben yüksek sıcaklıkta metal oksitler ile birleşimi şeklinde olmaktadır. Amacımız silikat oluşumunun nasıl meydana geldiğini araştırmak ve doğada bulunan silikat mineralleri arasındaki farklılıkları karşılaştırmaktır.  
ALT AMAÇ: Projemizin alt amaçları olarak aşağıdaki tepkimelerin gerçekleştirilmesi amaçlanmaktadır
1- Projemiz kapsamında Mangan silikat, Çinko silikat, Bakır silikat, Demir silikat, Kalsiyum silikat, Magnezyum silikat, Demir silikat, Bakır silikat, Kobalt silikat, Demir silikat, Magnezyum silikat, Kobalt silikat mineralleri elde etmeyi amaçlamaktayız. Bu şekilde günlük hayatta birçok yerde karşılaştığımız mineralleri daha iyi tanıyacağız.
2-  Doğal olarak oluşmuş ve bizim laboratuvarda oluşturduğumuz yapay mineralleri karşılaştırmak amaçlanmaktadır.
3- Bilimin sınanabilir, sorgulanabilir, delillerle doğrulanabilir ya da yanlışlanabilir bir yapısı olduğunu anlamayı amaçlamaktayız.
4- Olguları anlamaya yönelik olarak kimya dersi kapsamında geliştirdiği analitik ve eleştirel düşünme becerilerini kullanmayı amaçlamaktayız.
5- Gözlem, deney ve araştırma ile ulaştığı sonuçları matematiksel ve sözel olarak ifade edebilmeyi amaçlamaktayız.
6- Deneysel çalışma sırasında kendi güvenliğimizi sağlamayı ve birlikte çalıştığımız bireylerin güvenliği açısından gerekli önlemleri almayı amaçlamaktayız.
7- Kimyanın günlük yaşantımızda nerelerde kaşımıza çıkabileceğini kavramayı ve projemizde ortaya koyduğumuz ürünleri yani silikatları çevremizdeki minerallerle karşılaştırmayı amaçlamaktayız.
8-Bilime ve onun bir bileşeni olan kimyaya ilgi duymayı ve topluma ilgi duydurmayı amaçlamaktayız.
9-Deney yapabilme becerisi(psikomotor beceriler) kazanmayı amaçlamaktayız.
ÖZET: Doğadaki maddeler ve canlılar milyonlarca yıl boyunca çeşitli etkiler altında kalarak oluşmaktadır. Bilim doğadaki birçok maddeyi örneklemeler halinde kullanarak kopyalama ile insanların yararına sunmaktadır. Doğadaki silikatları incelediğimiz zaman birçok farklı silikat ile karşılaştık. Bu silikatların nasıl ve hangi koşullarda oluştuklarını araştırmaya karar verdik.  Silikatların oluşumu, öncelikle silisyum dioksitin oluşumu ve bunu takiben yüksek sıcaklıkta metal oksitler ile birleşimi şeklinde olmaktadır. Silikat oluşumunun nasıl meydana geldiğini araştırmak ve doğada bulunan silikat mineralleri arasındaki farklılıkları karşılaştırarak bu mineralleri laboratuvarımızda üretmeyi amaçlamaktayız. Bu bağlamda karşımıza çıkan Problemler: 1- Metal silikatlar laboratuvar ortamında oluşabilir mi? 2- Doğa koşulları labotuvar ortamına uydurulabilir mi?
Hipotezimiz : Laboratuvar koşullarında silikatlar oluşturulabilir. Ancak yeryüzü koşulları laboratuvara tam olarak yansıtılamayacağı için silikat şekilleri tam olarak elde edilemez.
Bağımsız Değişken: Bağımsız değişken, bir deneyde değiştirilen miktarı temsil eden değişkendir. Deneyimizde bağımsız değişken metal sülfatlar ve metal klorürlerdir. Kullandığımız metal sülfatlar ve metal klorürler kontrol edebildiğiniz değişkendir.
Bağımlı Değişkenler: Bağımlı değişken, değeri bağımsız değişkenin ne şekilde değiştiğine bağlı olan miktarı temsil eder. Deneyimizdeki bağımlı değişken metal silikatlardır. Metal sülfatlar ve metal klorürler( Yani bağımsız değişkenin) değiştirilmesine bağlı olarak oluşan silikat renkleri değişmektedir. Kullandığımız metal tuzları değiştikçe farklı renkteki silikatlar oluşur. Hipotezimizi kontrollü bir deneyle test edeceğiz.

Deney: Sodyum silikat çözeltisi, 10 farklı metal tuzu ile karakteristik renkli çökelti oluşturmak için reaksiyona girer. Bu reaksiyon sonucu kimyasal metal silikat kuleleri meydana gelir. Laboratuvarda oluşturduğumuz bu metal silikatlar doğada gerçek ortamda oluşmuşlar ile karşılaştırılır.

Projemizin olası sonuçları: Doğa koşulları laboratuvar ortamına tam olarak aktarılamayabilir. Doğadaki yüksek basınç ve sıcaklık değerleri laboratuvar koşullarında elde edilemeyebilir. Ancak metal silikat kristalleri oluşur. Oluşan silikatların doğadakilerinden farkları sadece basınç kaynaklı şekillerindeki düzensizlik olacaktır. Bu durum yüksek teknolojili laboratuvarlarda aşılabilir.

Araştırma Yöntemi: 
Kullanılan materyaller: Cam kavanoz, Saat camı, Cam baget, Pens, Sodyum silikat çözeltisi, Çok az demir nitrat, mangan sülfat, magnezyum nitrat, çinko sülfat, bakır sülfat, kalsiyum klorür, magnezyum klorür, demir klorür, bakır klorür, demir sülfat, Kobalt klorür, Kobalt nitrat  
Yeryüzünde erimiş silikatların oluşumu, öncelikle silisyum dioksidin oluşumunu ve bunu takiben yüksek sıcaklıkta metal oksitlerle birleşimi şeklinde olmaktadır. Bu deney ile laboratuvarda renkli silikatlar oluşturulur. Sodyum silikat çözeltisi (Na2SiO3 (su içinde) ). Metal tuzları ile karakteristik renkli çökelti oluşturmak için sodyum silikat ile reaksiyona girer. Bu reaksiyon sonucu kimyasal kuleler meydana gelir.
DENEYİN YAPILIŞI
1. Sodyum silikatı (tahriş edici) cam bir kavanoz içine 3cm derinliğe ulaşıncaya kadar dökünüz. Bu çözeltiyi dikkatli bir şekilde karıştırarak sıcak su ilave ediniz. Kaptaki sıvının derinliği yaklaşık 12 cm olmalıdır. Karıştırmaya sıvıda ayrılmış bir silikat tabakası görünmeyinceye kadar devam edilmelidir.
2. Çözelti durgun bir hale gelinceye kadar bekletilir.
3. Çözeltinin içine pens kullanılarak farklı renklerdeki birkaç kristal atılır. Kristallerin kap içine yakın düşmemesine dikkat edilir.
4. Kabın ağzı kapatılarak bir gece bekletilir. Güvenlik için Koruyucu gözlük kullanacağız.
SORULAR
1. Silikat kristalleri neden farklı renktedir?
2. Silikatlar yeryüzünde oluştuğu gibi laboratuvar ortamında oluşturulabilir mi?

MİNERALLER

Mineraller doğal ve jeolojik süreçlerle oluşan, düzenli bir kristal yapıya sahip ve yine bir kimyasal formülle sunulabilen maddeler olarak tanımlanır.

KAYAÇ

Gezegenimizde doğal olarak oluşan katı mineral veya mineral benzeri topluluklardır. Çoğu kayaç birçok farklı mineralin bir araya gelmesiyle oluşur.

 

Yaklaşık olarak 4000’in üzerinde mineral tanımlanmış olup hâlen de her yıl yenileri tanımlanmaktadır.

Sadece 8 elementin, kayaç yapıcı minerallerin çoğunluğunda bulunduğunu ve kıtasal kabuğun: ağırlığının % 98’inden fazlasını temsil ettiğini söylemekte yarar vardır. Bu elementler bulunuş sırasıyla oksijen (O) silisyum (Si), alüminyum (Al), demir (Fe), kalsiyum (Ca), sodyum (Na), potasyum (K) ve magnezyumdur (Mg). Silisyum ve oksijen yer kabuğunda açık ara en fazla bulunan iki elementi oluşturur. Üstelik bu iki element silikatlar adı verilen en yaygın mineral grubu içinde temel yapı taşlarını oluşturur. Bilinen 800’den fazla silikat minerali vardır ve yer kabuğunun % 90’nından fazlasını oluştururlar.

Silikat Yapıları

Tüm silikat mineralleri, silisyum-oksijen tetrahedronu (SiO4-4) adı verilen aynı temel yapı taşlarına sahiptir. Bu kompleks iyonlar, diğer metal iyonlarla pozitif olarak yüklü diğer metal iyonlara bağlıdır.

Silikat minerallerinin çok fazla çeşitlilikte olmasının bir nedeni de, değişik yapılandırmalarda SiO4 tetrahedrallerinin bir diğeriyle bağ oluşturabilme özelliğidir. Bu önemli olay polimerleşme olarak da bilinir ve komşu tetrahedrallerdeki oksijen atomlarının biri, ikisi, üç veya dördüyle de paylaşır. Çok fazla sayıdaki tetrahedraller, aşağıda görüldüğü gibi tek zincir, iki zincir, tabakalı yapıda veya 3 boyutlu bir görünüm oluşturur.

Silikat yapılarında en sık gözlenen pozitif iyonlar demir (Fe), magnezyum (Mg2+), potasyum (K1+), sodyum (Na1+), alüminyum (Al3+) ve kalsiyum (Ca 2+)’dur. Pozitif olarak yüklenmiş bu iyonlar silikat tetrahedrlerinin köşelerini tutan paylaşılmamış oksijen iyonlarıyla bağlıdır.

Genel Silikat Mineralleri

 

Feldspatlar açık ara en bol bulunan silikat grubu olup yer kabuğunun % 50 sinden fazlasını oluşturur. Kuvars, kıtasal kabuktaki en bol ikinci mineral olup sadece silisyum ve oksijenden oluşan yaygın bir mineraldir.

Çoğu silikat minerali, erimiş kayaç soğuduğunda ve kristalleştiğinde oluşur. Soğuma, düşük sıcaklık ve basınç özellikleri gösteren Yeryüzü veya Yeryüzü’ne yakın kesimlerde veyahut da yüksek sıcaklık ve basınç gösteren oldukça derinlerde oluşabilir.

Silikat minerali olan olivin, yüksek sıcaklıklarda kristalleşirken kuvars nispeten daha düşük sıcaklıklarda kristalleşir.

Buna ek olarak bazı silikat mineralleri, diğer silikat mineral ürünlerinden bozunma yoluyla da oluşabilir. Bir kısım mineral dağ oluşumuyla ilgili olarak yüksek basınç koşulları altında oluşabilir. Bu yüzden her bir silikat minerali, oluştuğu koşulları gösteren bir yapı ve kimyasal bileşime sahiptir. Kayaçları oluşturan minerallerin dikkatli bir şekilde incelenmesiyle, jeologlar onların hangi şartlar altında oluştuğunu inceleme şansına sahiptir.

Çizgisellik olarak da adlandırılan bu paralel çizgiler plajiyoklaz feldspatın ayırt edici bir özelliğidir.

ÖZET

Uygun koşullar hazırlanarak metal nitrat ve metal sülfat kristalleri kullanılarak silikat kristalleri oluşturmayı planlamaktayız. Bu silikatları doğada oluşan silikat mineralleri ile karşılaştırıp farklılıkları irdelenecektir.

Kullanılan meteryaller

Cam kavanoz    Saat camı  Cam baget

Pens    Sodyum silikat çözeltisi

          Çok az demir nitrat, mangan sülfat, magnezyum nitrat, çinko sülfat, bakır sülfat, kalsiyum klorür, magnezyum klorür, demir klorür, bakır klorür, demir sülfat

          Kobalt klorür, Kobalt nitrat

UYGULANAN PROSEDÜR

Yeryüzünde erimiş silikatların oluşumu, öncelikle silisyum dioksidin oluşumunu ve bunu takiben yüksek sıcaklıkta metal oksitlerle birleşimi şeklinde olmaktadır. Bu deney ile laboratuvarda renkli silikatlar oluşturulur.

Sodyum silikat çözeltisi (Na2SiO3 (su içinde) ). Metal tuzları ile karakteristik renkli çökelti oluşturmak için sodyum silikat ile reaksiyona girer. Bu reaksiyon sonucu kimyasal kuleler meydana gelir.

1. Sodyum silikatı (tahriş edici) cam bir kavanoz içine 3cm derinliğe ulaşıncaya kadar dökünüz. Bu çözeltiyi dikkatli bir şekilde karıştırarak sıcak su ilave ediniz. Kaptaki sıvının derinliği yaklaşık 12 cm olmalıdır. Karıştırmaya sıvıda ayrılmış bir silikat tabakası görünmeyinceye kadar devam edilmelidir.

2. Çözelti durgun bir hale gelinceye kadar bekletilir.

3. Çözeltinin içine pens kullanılarak farklı renklerdeki birkaç kristal atılır. Kristallerin kap içine yakın düşmemesine dikkat edilir.

4. Kabın ağzı kapatılarak bir gece bekletilir.

Güvenlik Koruyucu gözlük kullanınız.

 

SORU :

1.Silikat kristalleri neden farklı renktedir?

2. Silikatlar yeryüzünde oluştuğu gibi laboratuvar ortamında oluşturulabilir mi?

 

 

 

 

HİPOTEZ :

Laboratuvar koşullarında silikatlar oluşturulabilir. Ancak yeryüzü koşulları laboratuvara tam olarak yansıtılamayacağı için silikat şekilleri tam olarak elde edilemez.

KONU ARAŞTIRMASI

Silikatlar ve oluşturdukları minerallerle ilgili literatür taraması yapılmıştır.

SONUÇLAR

1. Farklı renkler farklı metallerin karakteristik özelliğidir.

2. Gerekli yüksek sıcaklığa laboratuvarda ulaşılamadığı için yeryüzündeki gibi oluşturulamamıştır. Ayrıca doğadaki silikatlar genellikle yüksek basınç altında sıkıştırılmış halde bulunmaktadırlar.

Deneyimizdeki bağımsız değişken metal sülfatlar ve metal klorürlerdir, bağımlı değişken ise metal silikatlardır. Sülfatlara ve klorürlere bağımlı olarak, oluşan metal silikatların renkleri ve yapıları incelenmiştir.

 

 

ÖNERİ VE BEKLENTİLER

Silikatların oluşumları yüksek sıcaklık ve basınç altında gerçekleşir. Bu değerlere ulaşılabilirse kristal yapıları elde edilebilir.