✅ 11. Sınıf Kimya: Nanoteknoloji ve sürdürülebilirlik Test Çöz

Nanoteknoloji, maddelerin nanometre ölçeğindeki ($1 - 100\text{ nm}$) fiziksel ve kimyasal özelliklerini inceleyen ve kontrol eden bilim dalıdır.

Buna göre, 1 nanometre ($\text{nm}$) metre cinsinden aşağıdakilerden hangisine eşittir?

Sürdürülebilir bir çevre ve gelecek için geliştirilen "Yeşil Kimya" prensipleri, kimyasal süreçlerin çevreye ve insan sağlığına verdiği zararı en aza indirmeyi amaçlar.

Aşağıdakilerden hangisi Yeşil Kimya'nın temel ilkelerinden biri değildir?

Maddeler makro boyuttan nano boyuta ($1 - 100\text{ nm}$) indirgendiğinde fiziksel ve kimyasal özelliklerinde belirgin değişimler gözlenir.

Makro boyuttaki bir maddenin bölünüp nano boyuta getirilmesiyle maddede gerçekleşen temel değişim aşağıdakilerden hangisidir?

Karbon atomlarının iki boyutlu altıgen bal peteği örgüsünde, tek atom kalınlığında katmanlar halinde dizilmesiyle oluşan; yüksek elektriksel-ısısal iletkenliğe ve olağanüstü mekanik dayanıklılığa sahip nanomalzeme aşağıdakilerden hangisidir?

Karbon nanotüpler, grafen tabakalarının silindirik tüp şeklinde kıvrılmasıyla elde edilen nano yapılardır.

Karbon nanotüpler ile ilgili;
I. Çelikten katlarca daha yüksek çekme dayanımına sahip olmalarına rağmen çelikten çok daha hafiftirler.
II. Elektrik ve ısı iletkenlikleri oldukça yüksektir.
III. Yapısal özelliklerinden dolayı sadece yalıtkan malzeme üretiminde kullanılırlar.

yargılarından hangileri doğrudur?

Yeşil kimyada "Atom Ekonomisi", bir kimyasal tepkimede giren maddelerin atomlarının yüzde kaçının istenen hedef üründe yer aldığını gösteren sürdürülebilirlik ölçütüdür.

Buna göre, gerçekleşen bir kimyasal tepkimenin atom ekonomisinin %100 olması aşağıdakilerden hangisi ile mümkündür?

Nanoteknoloji günümüzde sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşmada kritik rol oynamaktadır.

Aşağıdaki uygulamalardan hangileri nanoteknolojinin çevre ve sürdürülebilirliğe sağladığı olumlu katkılara örnektir?

I. Güneş panellerinin yüzeyine nano kaplamalar uygulanarak ışık emiliminin ve enerji verimliliğinin artırılması
II. Nano boyutlu gözeneklere sahip filtreler yardımıyla atık sulardaki ağır metal ve zehirli maddelerin arıtılması
III. Tekstil ürünlerinde leke tutmayan nano yüzeyler tasarlanarak yıkama esnasında su ve deterjan tüketiminin azaltılması

Nano boyuttaki yarı iletken kristaller olan "kuantum noktaları" (quantum dots), parçacık boyutları değiştirildiğinde farklı renklerde ışık yayma özelliğine sahiptir.

Makro boyutta tek bir renkte görünen yarı iletken bir maddenin, nano boyuta indirgendiğinde tane boyutuna bağlı olarak farklı renklerde ışıma yapmasının temel nedeni aşağıdakilerden hangisidir?

Yeşil kimya prensiplerine göre endüstriyel süreçlerde stokiyometrik reaktifler yerine katalizör ve özellikle nano-katalizör kullanımı tercih edilir.

Tepkimelerde nano-katalizör kullanımının sürdürülebilirliğe sağladığı katkılar ile ilgili;
I. Tepkimenin aktivasyon enerjisini düşürerek süreçlerin daha düşük sıcaklık ve basınçta gerçekleşmesini, dolayısıyla enerji tasarrufunu sağlar.
II. Nano parçacıkların yüksek yüzey alanı/hacim oranı sayesinde katalitik aktiviteyi ve hedef ürün seçiciliğini belirgin şekilde artırır.
III. Nano-katalizörler tepkime sırasında harcanarak tamamen tükenir ve tekrar kullanılamazlar.

yargılarından hangileri doğrudur?

Nanoteknolojinin tıp alanındaki en önemli uygulamalarından biri olan "akıllı ilaç taşıyıcı sistemler" sayesinde ilaç etken maddesi doğrudan hedef organ veya kanserli hücreye yönlendirilir.

Bu yöntemin geleneksel ilaç uygulamalarına kıyasla sağladığı avantajlar arasında;
I. İlacın vücuttaki sağlıklı doku ve hücrelere zarar vermesini engellemek,
II. Birim zamanda gerekli olan toplam ilaç dozunu azaltarak yan etkileri ve vücuttaki kimyasal yükü düşürmek,
III. İlacın hedeflenen dokudaki emilimini engelleyerek biyolojik etkinliğini tamamen ortadan kaldırmak

özelliklerinden hangileri yer alır?

Nanoteknoloji sunduğu muazzam fırsatların yanında, nanomalzemelerin potansiyel çevresel ve sağlık riskleri (nanotoksikoloji) açısından da dikkatle değerlendirilmelidir.

Nanoparçacıkların çevre ve canlı sağlığı üzerindeki olası riskleri ile ilgili;
I. Hücresel ölçekte son derece küçük olmaları sebebiyle biyolojik zarlardan kolayca geçip doku ve organlarda birikim (biyobirikim) yapabilirler.
II. Yüksek yüzey alanı / hacim oranları ve yüksek reaktiviteleri nedeniyle canlı organizmadaki biyomoleküller ile istenmeyen yan tepkimeler verebilirler.
III. Atmosfere karışan tüm nanoparçacıklar doğrudan stratosferdeki ozon gazı ile tepkimeye girerek ozon tabakasını hızla inceltir.

yargılarından hangileri bilimsel açıdan geçerli birer endişe ve tespittir?

Bir kimya fabrikasında hedeflenen bir maddeyi üretmek için iki farklı sentetik rota incelenmektedir:

- 1. Rota: Tepkime verimi %95'tir. Ancak tepkime sonucunda ana ürün ile birlikte eşit kütlede zehirli bir yan ürün oluşmakta ve sistemin $400^\circ\text{C}$ sıcaklığa ısıtılması gerekmektedir.
- 2. Rota: Tepkime verimi %80'dir. Nano-katalizör kullanılarak tepkime oda sıcaklığında gerçekleşmekte ve tepkime ortamında istenen ana ürün dışında hiçbir yan ürün oluşmamaktadır.

Bu iki üretim rotası Yeşil Kimya ve Sürdürülebilirlik prensipleri açısından karşılaştırıldığında aşağıdakilerden hangisi söylenebilir?

Bir araştırmacı, eşit kütledeki küresel nikel ($\text{Ni}$) numunelerini kullanarak heterojen katalitik bir tepkimenin hızını incelemektedir.

1. Numunede yarıçapı $R_1 = 1000\text{ nm}$ olan makro parçacıklar,
2. Numunede ise yarıçapı $R_2 = 10\text{ nm}$ olan nano parçacıklar bulunmaktadır.

(Kürenin hacmi $V = \frac{4}{3}\pi r^3$, yüzey alanı $A = 4\pi r^2$ bağıntıları ile hesaplanmaktadır.)

Buna göre, nano parçacıklardan oluşan 2. numune ile ilgili;
I. Eşit kütledeki nano parçacıkların toplam yüzey alanı, 1. numunedeki makro parçacıkların toplam yüzey alanının 100 katıdır.
II. Yüzeyde yer alan aktif nikel atomlarının oranının artması tepkime hızını ve katalitik etkinliği artırır.
III. Nikel nano boyuta indirgendiğinde eşit kütledeki toplam nikel atomu sayısı katlanarak artar.

yargılarından hangileri doğrudur?

Sürdürülebilir nanomalzeme tasarımında "Yaşam Döngüsü Analizi" (LCA), bir malzemenin hammadde temininden sentezlenmesine, kullanımından ömrü sonundaki atık yönetimine kadar çevreye olan tüm etkilerini bütüncül olarak inceler.

Aşağıda farklı alanlarda kullanılan 3 nanomalzemenin yaşam döngüsü özellikleri özetlenmiştir:

- X Nanomalzemesi: Toksik organik çözücüler kullanılarak yüksek sıcaklıkta sentezleniyor. Güneş pillerinde verimi %30 artırıyor ancak kullanım ömrü sonunda doğada çözünmüyor ve geri dönüştürülemiyor.
- Y Nanomalzemesi: Bitkisel özütler kullanılarak (yeşil sentez) oda sıcaklığında elde ediliyor. Su arıtmada kullanılıyor ve doğaya salındığında zararsız bileşenlerine kendiliğinden ayrılabiliyor.
- Z Nanomalzemesi: Yüksek enerji tüketen fiziksel yöntemlerle sentezleniyor. Batarya ömrünü artırıyor ve kullanım ömrü sonunda özel yüksek sıcaklık tesislerinde geri dönüştürülebiliyor.

Bu nanomalzemelerin Yeşil Kimya ilkeleri ve sürdürülebilirlik kriterlerine uyum derecelerine göre en çevre dostu olandan en az çevre dostu olana doğru sıralaması aşağıdakilerden hangisidir?