Kuantum noktaları (Quantum Dots), nanometre boyutundaki yarı iletken kristallerdir. Boyutları değiştirilerek emisyon ve soğurma spektrumları ayarlanabilen bu malzemeler üçüncü nesil fotovoltaik pillerde kullanılmaktadır. Kuantum noktalı güneş pilleri ile ilgili verilen aşağıdaki ifadelerden hangisi kuantum kuantalanması (quantum confinement) etkisini en doğru şekilde açıklar?
- A) Parçacık boyutu küçüldükçe bant aralığı enerjisi azalır ve malzeme sadece kızılötesi ışığı absorbe eder.
- B) Parçacık boyutu büyüdükçe yasak enerji aralığı genişler ve daha yüksek enerjili fotonlar yayılır.
- C) Parçacık boyutu nanometre ölçeğine indirildiğinde bant aralığı genişler ve soğurulan ışığın dalga boyu ayarlanabilir hale gelir.
- D) Nanoparçacıkların boyutu değiştikçe kimyasal bileşimleri değiştiğinden elektrik iletkenlikleri tamamen yok olur.
- E) Kuantum noktaları tek bir fotondan asla birden fazla elektron-boşluk çifti oluşturamaz.
Karbon Yakalama ve Depolama (CCS) teknolojisi, sanayi tesisleri ve elektrik santrallerinden salınan karbondioksit (CO2) gazının atmosfere karışmadan yakalanarak yer altındaki jeolojik katmanlarda depolanması sürecidir. Gaz karışımlarından CO2'nin ayrıştırılmasında sıklıkla sulu amin çözeltileri kullanılır. Bu kimyasal ayırma süreciyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi bilimsel olarak doğrudur?
- A) Sulu amin çözeltisi ile CO2 arasındaki tepkime fiziksel bir çözünme olup yüksek sıcaklıkta kararlılığı artar.
- B) Amin çözeltisi asidik özellikte olduğundan zayıf asit olan CO2 ile nötralleşme tepkimesi vermez.
- C) CO2'nin amin çözeltisinde tutulması endotermik bir süreçtir, bu nedenle düşük sıcaklıkta verim düşer.
- D) Yakalanan CO2 gazı yüksek basınç altında süperkritik akışkan haline getirilerek depolanamaz.
- E) Zayıf bir Lewis asidi olan CO2, Lewis bazı olan amin grubu ile düşük sıcaklıkta ekzotermik tepkime vererek tutulur ve yüksek sıcaklıkta geri salınır.
Sera gazlarının küresel ısınma potansiyeli (GWP), karbondioksit (CO2) gazı referans alınarak 100 yıllık bir süreçteki moleküler ısı tutma kapasitesine göre belirlenir. Metan (CH4) gazının GWP değeri yaklaşık 28, Diazot monoksit (N2O) gazının ise yaklaşık 265'tir. Buna göre sera gazlarının küresel ısınmaya etkileri ve kimyasal davranışlarıyla ilgili aşağıdaki yargılardan hangisi doğrudur?
- A) Atmosfere salınan 1 kg CH4 gazı, küresel ısınmaya 1 kg CO2 gazı ile aynı oranda etki eder.
- B) Eşit kütledeki N2O gazının atmosferde tuttuğu ısı miktarı, aynı kütledeki CO2 gazından çok daha fazladır.
- C) Metan gazının atmosferik ömrü karbondioksit gazından daha uzun olduğu için birincil tehlike kaynağıdır.
- D) Atmosferde en fazla bulunan sera gazı olan N2O, toplam sera etkisinin %90'ından tek başına sorumludur.
- E) GWP değeri yüksek olan gazlar kızılötesi ışımayı absorbe etme yeteneğine sahip değildir.
Lityum-iyon bataryaları günümüzde taşınabilir elektronik cihazlarda ve elektrikli araçlarda en çok tercih edilen enerji depolama araçlarıdır. Şarj esnasında lityum iyonları katottan anoda doğru hareket ederek anot malzemesinin tabakaları arasına girer. Nanoteknoloji sayesinde batarya elektrotlarında grafen ve karbon nanotüplerin kullanılması lityum-iyon bataryalarına hangi üstün özelliği kazandırır?
- A) Bataryanın çalışma gerilimini düşürerek patlama riskini tamamen ortadan kaldırır.
- B) Şarj sırasında ortaya çıkan tüm ısıyı hapsederek pilin soğuk kalmasını sağlar.
- C) Bataryanın sadece tek kullanımlık birincil pil haline dönüşmesini sağlar.
- D) Yüzey alanını ve elektrik iletkenliğini artırarak daha hızlı şarj ve daha yüksek kapasite sağlar.
- E) Lityum iyonlarının kütlesini azaltarak pilin toplam ağırlığını sıfıra indirir.
Fullerenler, karbon atomlarının küresel, elipsoidal veya silindirik yapıda dizilmesiyle oluşan karbon allotroplarıdır. En bilinen üyesi olan C60 (Buckminsterfullerene) futbola benzeyen jeodezik kubbe yapısındadır. Fullerenlerin tıbbi uygulamaları ve ilaç taşıyıcı sistemlerdeki rolü dikkate alındığında aşağıdaki özelliklerinden hangisi bu amaçla kullanılmalarını sağlar?
- A) İçlerinin kafes benzeri boşluklu yapıda olması sayesinde kanser ilaçlarını veya molekülleri hapsedip hedef dokuya taşıyabilmeleri
- B) Sadece elmas kadar sert olmaları sebebiyle biyolojik dokuları kesme işlemlerinde neşter işlevi görmeleri
- C) Vücut sıvılarında tamamen çözünerek su moleküllerine dönüşebilmeleri
- D) Yüksek sıcaklıkta radyoaktif ışınım yayarak tümörlü hücreleri doğrudan ısı yoluyla yakmaları
- E) Hücre zarından geçemeyecek kadar büyük boyutlu olmaları sebebiyle hücre dışı bariyer oluşturmaları
Fotovoltaik (Güneş) piller, güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarı iletken sistemlerdir. Genellikle silisyum (Si) yarı iletkenine p-tipi ve n-tipi katkılama (doping) yapılarak bir p-n eklemi oluşturulur. Güneş pillerinin çalışma mekanizması ve yapısı ile ilgili aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?
- A) Silisyum kristaline 5A grubu elemanının eklenmesiyle serbest elektron yoğunluğu artarak n-tipi yarı iletken elde edilir.
- B) Işık fotonları p-n eklemine çarptığında elektron-boşluk çiftleri oluşur.
- C) p-n eklemindeki potansiyel fark sayesinde elektronlar iç eklem yüzeyinden kendiliğinden katottan anoda doğru akar.
- D) Silisyum kristaline 3A grubu elemanı eklendiğinde elektron eksikliği olan pozitif yük taşıyıcılı p-tipi yarı iletken oluşur.
- E) Güneş pillerinin verimliliği kullanılan malzemenin bant aralığı enerjisi ile doğrudan ilişkilidir.
Yeşil Kimya ilkeleri, kimyasal süreçlerin insan sağlığına ve çevreye verilen zararlarını en aza indirmeyi hedefler. Atom ekonomisi, tepkimeye giren maddelerin kütlece kaçta kaçının istenen ürüne dönüştüğünü gösteren bir ölçüttür. Bir kimyasal tepkimenin denklemindeki kütle dengesi göz önüne alındığında, atom ekonomisini %100'e ulaştırmak için aşağıdaki tepkime türlerinden hangisinin tercih edilmesi en uygundur?
- A) Yer değiştirme tepkimeleri
- B) Çift katlı çökelme tepkimeleri
- C) Ayrışma (analiz) tepkimeleri
- D) Yanma tepkimeleri
- E) Katılma tepkimeleri
Nükleer enerji, atom çekirdeklerindeki değişimler sonucu ortaya çıkan çok yüksek miktardaki enerjidir. Nükleer fisyon ve nükleer füzyon olmak üzere iki temel nükleer tepkime türü bulunmaktadır. Nükleer enerji ve tepkimelerle ilgili aşağıda verilen ifadelerden hangisi doğrudur?
- A) Nükleer fisyon tepkimesi hafif iki atom çekirdeğinin birleşerek daha ağır bir çekirdek oluşturması esasına dayanır.
- B) Güneşteki enerji üretimi hidrojen çekirdeklerinin helyuma dönüştüğü nükleer füzyon tepkimeleri ile gerçekleşir.
- C) Füzyon tepkimeleri günümüzde mevcut tüm ticari nükleer santrallerde ana enerji kaynağı olarak kullanılır.
- D) Fisyon tepkimelerinde radyoaktif atık oluşmazken füzyon tepkimelerinde sera gazı emisyonu çok yüksektir.
- E) Nükleer enerjinin elde edilmesinde kullanılan Uranyum-235 yenilenebilir enerji kaynağı olarak sınıflandırılır.
Jeotermal enerji, yer kabuğunun derinliklerinde biriken ısıl enerjinin sıcak su veya buhar şeklinde yüzeye çıkarılmasıyla elde edilir. Türbinleri döndürerek elektrik üretimi sağlayan jeotermal santraller yenilenebilir bir kaynaktır. Ancak jeotermal akışkanların kimyasal yapısından kaynaklı bazı çevresel zorluklar bulunmaktadır. Aşağıdakilerden hangisi jeotermal enerjinin kullanımı sırasında karşılaşılabilecek olumsuz kimyasal etkilerden biridir?
- A) Atmosfere yüksek miktarda radyoaktif izotopların yayılması
- B) Yanma tepkimesi sonucu büyük miktarda karbondioksit açığa çıkması
- C) Yüzeye çıkarılan akışkanın toprağa azot bağlayıcı bakterileri yok etmesi
- D) Yeraltı akışkanındaki hidrojen sülfür (H2S) ve ağır metallerin çevreye salınması
- E) Kullanılan suyun nötron aktivasyonuna uğrayarak çevreyi ışımayla kirletmesi
Biyokütle enerjisi, organik atıkların ve bitkisel materyallerin doğrudan yakılması veya biyokimyasal yöntemlerle biyoyakıtlara dönüştürülmesiyle elde edilir. Biyoetanol ve biyodizel bu kapsama giren en yaygın sıvı biyoyakıtlardır. Biyokütle enerjisi ve kullanımıyla ilgili aşağıdaki değerlendirmelerden hangisi doğrudur?
- A) Fotosentez sırasında bağlanan karbondioksit yakma aşamasında tekrar salındığı için net karbon salınımı nötr kabul edilir.
- B) Biyoyakıtların kullanımı atmosferdeki toplam oksijen miktarını artırarak küresel ısınmayı tamamen durdurur.
- C) Biyoetanol elde etmek için sadece odunsu lignin yapıları fermantasyona tabi tutulabilir.
- D) Biyodizel üretimi hayvansal yağların asidik ortamda su ile hidrolizi sonucu doğrudan elde edilen alkoldür.
- E) Biyokütle enerjisinden faydalanmak çevresel asitleşmeye hiçbir koşulda sebep olmaz.
Karbon nanotüpler, grafen tabakalarının silindirik biçimde kıvrılmasıyla elde edilen nanometre boyutundaki yapısal allotroplardır. Tek duvarlı veya çok duvarlı olabilen bu tüpler yüksek çekme dayanımına ve mükemmel ısıl iletkenliğe sahiptir. Karbon nanotüplerin özellikleriyle ilgili verilen aşağıdaki yargılardan hangisi doğrudur?
- A) Karbon atomları sadece sp3 hibritleşmesi yaparak tetrahedral yapıda dizilmiştir.
- B) Suda çok yüksek çözünürlüğe sahip olduklarından kimyasal sıvı çözeltilerde homojen dağılırlar.
- C) İletkenlikleri tüpün sarılma açısına ve çapına bağlı olarak metalik ya da yarı iletken özellik gösterebilir.
- D) Sadece ısıyı yalıtma amacıyla termal koruyucu kaplamalarda kullanılırlar.
- E) Tamamen yapay allotrop olduklarından yapılarında sadece pentagon halkalar bulunur.
Hidrojen enerjisi, yanma ürünü olarak sadece su buharı üreten yüksek verimli ve çevre dostu bir enerji taşıyıcısıdır. Hidrojen yakıt pillerinde anotta hidrojen gazı oksitlenirken, katotta oksijen gazı indirgenir ve sistemden elektrik akımı elde edilir. Bu sistem ile ilgili aşağıda verilen ifadelerden hangisi yanlıştır?
- A) Anot yarı reaksiyonu H2→2H++2e− şeklindedir.
- B) Yakıt pilinin toplam emisyonu çevreye zararlı sera gazı içermez.
- C) Katotta oksijen gazı elektron alarak indirgenir.
- D) Hidrojen doğada serbest elementel halde bol bulunmadığı için suyun elektrolizi gibi süreçlerle elde edilmelidir.
- E) Yakıt pilleri şarj edilebilir ikincil piller gibi tersinir kimyasal enerji depolayarak çalışır.
Grafen, karbon atomlarının altıgen bal peteği örgüsünde tek katmanlı dizilmesiyle oluşan iki boyutlu yapay bir karbon allotropudur. Çelikten 200 kat daha sağlam, bakırdan daha iletken ve esnek yapıda olması onu geleceğin teknolojisinde devrimsel bir malzeme haline getirmiştir. Grafen malzemesinin bu olağanüstü fiziksel ve kimyasal özellikleri dikkate alındığında, aşağıdaki kullanım alanlarından hangisinde tercih edilmesi beklenmez?
- A) Nükleer santrallerde nötron yavaşlatıcı kontrol çubuğu olarak kullanımı
- B) Bükülebilir ve katlanabilir dokunmatik ekran teknolojilerinde
- C) Yüksek hızlı ve uzun ömürlü batarya elektrotlarında
- D) Su arıtma tesislerinde ultra ince ve dayanıklı filtre zarlarında
- E) Süper hızlı bilgisayar işlemcilerinde yarı iletken bileşen olarak
Sürdürülebilir kalkınma için kullanılan enerji kaynakları yenilenebilir ve yenilenemez olarak iki ana gruba ayrılır. Yenilenebilir kaynaklar doğada sürekli yenilenen ve karbon ayak izi oldukça düşük olan enerji türleridir. Buna göre, aşağıda verilen enerji kaynaklarından hangisi diğerlerinden farklı bir grupta yer alır?
- A) Rüzgâr enerjisi
- B) Biyokütle enerjisi
- C) Jeotermal enerji
- D) Kaya gazı
- E) Dalga enerjisi
Fosil yakıtların yakılması sonucunda atmosfere salınan azot oksitler (NOx) ve kükürt dioksit (SO2) gazları su buharı ile tepkimeye girerek asit yağmurlarını oluşturur. Asit yağmurları toprak pH değerini düşürerek bitki örtüsüne ve tarihi yapılara büyük zarar verir. Buna göre, fosil yakıt kullanımının azaltılması amacıyla verilen yöntemlerden hangisi doğrudan asit yağmurlarının önlenmesine katkı sağlamaz?
- A) Termik santrallerde baca filtrelerinin zorunlu hale getirilmesi
- B) Soğutucu sistemlerde CFC gazları yerine hidroflorokarbonların tercih edilmesi
- C) Ulaşımda elektrikli veya hidrojen enerjili araçların yaygınlaştırılması
- D) Yenilenebilir enerji kaynaklarının toplam enerji üretimindeki payının artırılması
- E) Binalarda ısı yalıtımı yapılarak toplam yakıt tüketiminin azaltılması
Doğru cevaplar ve adım adım çözümler testi tamamladıktan sonra gösterilir.