Nanobilim, Yeşil Kimya ve Sürdürülebilirlik Yeni Nesile Geçiş Test Çöz

Sorular

1. Yapay zekâ modeli, endüstriyel amonyak üretimi için çok daha düşük sıcaklıklarda çalışan yeni bir katalizör tasarlamıştır. Ancak yapılan analizler, bu yapay zekâ tasarımının yüksek oranda çıkarılması çevreye zarar veren nadir platin grubu metaller gerektirdiğini göstermektedir. Bu yapay zekâ tasarımının uygulanabilirliğini sürdürülebilirlik açısından değerlendiren bir kimya mühendisinin yapacağı en bütüncül ve eleştirel yansıtma hangisidir?

   • A) Üretim sürecinde nadir metal kullanılması, yeşil kimyanın 'sıfır metal' kullanımı ilkesine tamamen aykırı olduğu için proje doğrudan reddedilmelidir.
   • B) Yapay zekâ tarafından önerilen tüm kimyasal tasarımlar, insan kararlarından bağımsız olarak doğrudan en çevre dostu seçenektir.
   • C) Sürecin enerji tüketimi düşeceği için, hammadde eldesindeki ekolojik yıkım göz ardı edilerek bu katalizör hemen üretime alınmalıdır.
   • D) Prosesin işletilmesindeki karbon ayak izi azalışı ile nadir metallerin madenciliğinden kaynaklanan çevresel ve etik yıkım dengesi (kar-zarar ilişkisi) analiz edilmelidir.
   • E) Sadece sentezlenen amonyağın saflık derecesine odaklanılmalı, üretim aşamasında kullanılan ham maddelerin kökeni sorgulanmamalıdır.

2. Bir kimya fabrikası, gaz salınımlarını ve olası sızıntıları anlık izlemek için nesnelerin interneti (IoT) sensörlerine bağlı bir yapay zekâ koruma sistemi kurmuştur. Yapay zekâ, borulardaki milimetrik bir basınç değişimini analiz ederek iki saat sonra gerçekleşebilecek bir klor sızıntısını öngörmüş ve ilgili güvenlik vanalarını otomatik olarak kapatmıştır. Bu olay doğrultusunda yapay zekânın yeşil kimyadaki yeri hakkında ulaşılabilecek en kapsamlı çıkarım hangisidir?

   • A) Proaktif (önleyici) tahmin ve otonom müdahale yeteneği sayesinde, çevre kirliliği ve ham madde kaybı henüz gerçekleşmeden önlenebilir.
   • B) Yapay zekânın ana faydası, fabrikalardaki insan iş gücü maliyetini düşürerek işletme kârını maksimuma çıkarmasıdır.
   • C) Akıllı sistemler sayesinde kimya fabrikalarında fiziksel güvenlik protokolleri ve acil durum planları hazırlama ihtiyacı kalmaz.
   • D) Sensörlerin ürettiği elektronik atık miktarı, engellenen klor gazının çevreye vereceği zarardan her zaman daha fazladır.
   • E) Bu tür sistemlerin sürdürülebilirliğe katkısı, sadece kaza sonrasında çevreye yayılan zararlı kimyasalları temizleme hızı ile sınırlıdır.

3. Araştırmacılar, tarımsal atıklardan doğada kolayca çözünebilen çevre dostu bir plastik geliştirmek için yapay zekâ destekli simülasyonları kullanmaktadır. Bu sistem sayesinde laboratuvarda fiziksel senteze başlanmadan önce milyonlarca polimer yapısının bozunma süresi dijital ortamda başarıyla test edilmiştir. Bu dijital önleme sürecinin geleneksel deneme-yanılma yöntemine kıyasla sürdürülebilirliğe en önemli katkısı nedir?

   • A) Üretilecek plastiğin fiziksel dayanıklılık testlerinin laboratuvarda yapılma ihtiyacını tamamen yok etmesi
   • B) Plastiğin çevre üzerindeki tüm olumsuz etkilerini dijital yazılımlara aktararak fiziksel dünyadan silmesi
   • C) Sentezlenen plastiklerin mikroplastiklere dönüşme riskini her koşulda sıfırlaması
   • D) Tarımsal atıkların pazar değerini artırarak gıda enflasyonuna katkıda bulunması
   • E) Toksik olabilecek ara ürünlerin fiziksel olarak sentezlenmesini önleyerek kaynak israfını ve kimyasal riskleri baştan engellemesi

4. Yapay zekânın kullandığı devasa veri merkezleri yüksek miktarda elektrik tüketirken, aynı yapay zekâ endüstriyel tesislerin enerji tüketimini optimize ederek büyük tasarruflar sağlayabilmektedir. Bir kimya tesisinde yapay zekâ kullanımının gerçek anlamda sürdürülebilir olup olmadığını değerlendirirken aşağıdaki yaklaşımlardan hangisi en doğru akıl yürütmeyi gösterir?

   • A) Yapay zekanın veri işlem hızını, harcanan enerjiye bakılmaksızın en üst düzeyde tutmak
   • B) Yapay zekanın harcadığı elektrik enerjisi ile kimyasal süreçlerde sağladığı enerji tasarrufunu net yaşam döngüsü analiziyle karşılaştırmak
   • C) Yapay zekayı yüksek enerji harcadığı için kimya sektöründe kullanmaktan tamamen vazgeçmek
   • D) Tahmin doğruluğu düşük olsa da sadece en az elektrik tüketen basit yapay zekâ modellerini tercih etmek
   • E) Sunucu merkezlerini sadece iklimi soğuk olan ülkelere kurarak yerel enerji tüketimlerini göz ardı etmek

5. Bir kimya laboratuvarı, reaksiyon basamaklarında oluşabilecek zararlı yan ürünleri ve atık miktarını tahmin etmek için makine öğrenmesi algoritmalarını kullanmaktadır. Bu yapay zekâ uygulamasının, yeşil kimya ilkeleri doğrultusunda çevreye sağlayacağı en doğrudan sürdürülebilirlik katkısı aşağıdakilerden hangisidir?

   • A) Kimyasal sentez süreçlerinin maliyetini artırarak üretimi yavaşlatması
   • B) Laboratuvardaki zararlı kimyasalların daha hızlı bir şekilde çöpe atılmasını kolaylaştırması
   • C) Fiziksel deney yapılmadan önce reaksiyonları optimize ederek ham madde ve tehlikeli atık oluşumunu en aza indirmesi
   • D) Deneylerde çözücü (solvent) kullanma zorunluluğunu tamamen ortadan kaldırması
   • E) Kimyasal maddelerin sadece laboratuvar ortamındaki karıştırma sürelerini mekanik olarak hızlandırması

6. Bir öğrenci grubu, taze çileklerin raf ömrünü uzatmak için yenilebilir nişasta bazlı koruyucu bir film sentezlemiştir. Öğrenciler yaptıkları yansıtma testlerinde filmin çok kırılgan olduğunu ve meyvenin nemini koruyamadığını (yüksek su buharı geçirgenliği) fark etmiştir. Bu sentez sürecindeki tasarım hatasını düzeltmek ve filmin esnekliği ile bariyer özelliğini artırmak için atılması gereken en bilimsel adım aşağıdakilerden hangisidir?

   • A) Karışımdan suyu tamamen uzaklaştırarak polimer zincirlerinin daha sıkı istiflenmesini sağlamak
   • B) Sadece nişasta oranını artırarak filmin kalınlığını iki katına çıkarmak
   • C) Yapıya kurşun bazlı pigmentler ekleyerek ışık geçirgenliğini azaltmak
   • D) Polimeri tamamen kurutup yüksek sıcaklıkta fırınlayarak sertleşmesini sağlamak
   • E) Formülasyona plastikleştirici olarak gliserol eklemek ve su geçişini engellemek için doğal bir lipit ilave etmek
7. 

   Aşağıdaki grafikte, kontrollü ilaç salımı yapan bir kapsül için geliştirilen üç farklı biyobozunur polimer formülasyonunun (X, Y ve Z) zamana bağlı kütle kaybı yüzdesi gösterilmektedir. Vücutta 10 gün içinde tamamen çözünerek ilacı salması ve kalıntı bırakmaması hedeflenen bir sistem için en uygun bileşenin belirlenmesine yönelik yapılan değerlendirmelerden hangisi doğrudur?

   • A) Y bileşeni en uygundur çünkü en yavaş bozunan ve en dayanıklı olan odur.
   • B) Z bileşeni en uygundur çünkü ilaç salınımını en uzun süreye yayarak kararlı hale getirir.
   • C) X bileşeni en uygundur çünkü tam olarak 10. günde yüzde 100 kütle kaybına ulaşarak hedefi tam zamanında karşılar.
   • D) Her üç polimer de ilaç taşıyıcı sistemler için aynı klinik etkinliğe sahiptir.
   • E) Z bileşeninin esnekliği diğerlerinden yüksek olduğu için bozunma süresi en ideal olandır.

8. Bir biyomühendis, turunçgil kabuklarından elde ettiği pektin biyopolimerini kullanarak hem antibakteriyel hem de elektriksel iletkenliğe sahip akıllı bir yara sargı bezi geliştirmek istemektedir. Mühendisin bu amaca ulaşabilmek için saf pektin matrisine eklemesi gereken en uygun bileşen çifti aşağıdakilerden hangisidir?

   • A) Gümüş nanoparçacıkları ve doğal kekik yağı özütü
   • B) Kil mineralleri ve soya proteini
   • C) Nişasta ve kurşun tuzları
   • D) Selüloz mikrolifleri ve gliserol
   • E) Sentetik poliester ve jelatin

9. Ameliyat ipliği tasarımı yapan bir cerrah, dikişlerin iç organlardaki sıvı ortamında hemen dağılmasını istememekte ancak doku iyileştikten sonra kendiliğinden yok olmasını hedeflemektedir. Bu doğrultuda cerrahın, sentezlediği biyopolimerlerin su ile etkileşim testlerinde aşağıdaki sonuçlardan hangisini elde etmesi en mantıklı seçimi yaptığını gösterir?

   • A) Suda anında çözünerek dakikalar içinde tamamen yok olması
   • B) Suyu kontrollü şekilde absorbe edip şişerek zamanla yavaşça hidroliz olması
   • C) Su moleküllerini tamamen dışlayıp hiçbir şekilde bozunmaya uğramaması
   • D) Suyla temas ettiğinde asidik monomerler salarak doku pH'ını aşırı düşürmesi
   • E) Suyu hızla çekip aşırı genleşerek dikiş düğümlerini hemen çözmesi

10. Bir öğrenci, organik meyveleri korumak amacıyla tamamen yenebilir ve doğada hızla bozunabilen şeffaf bir ambalaj filmi üretmek istemektedir. Bu öğrencinin amacına ulaşması için başlangıç malzemesi olarak seçmesi gereken en uygun biyopolimer ve esneklik sağlayıcı bileşen ikilisi aşağıdakilerden hangisidir?

    • A) Polietilen - Saf su
    • B) Teflon - Glüten
    • C) PVC - Jelatin
    • D) Nişasta - Gliserol
    • E) Polistiren - Soya proteini

11. Bir endüstriyel tasarımcı, akıllı montların yüzeyine entegre edilerek gün boyu telefon şarj edebilen esnek bir sistem geliştirmek istemektedir. Tasarımcının yeşil kimya, düşük ışıkta çalışma ve esneklik kriterlerini dikkate alarak boyaya duyarlı güneş pillerini (DSSC) seçmesindeki en tutarlı gerekçe hangisidir? A) Silikon pillerin sadece yapay ışıkla şarj olabilmesi ve esnek tasarımlara uygun olmaması B) DSSC'lerin yüksek sıcaklıklarda toksik gaz salgılayarak montu giyen kişiyi koruması C) Silikon pillerin daha az ham madde gerektirmesine rağmen çok tehlikeli olması D) DSSC'lerin organik boyalarla üretilebilmesi, bükülebilmesi ve kapalı/bulutlu ortamlarda dahi elektrik üretebilmesi E) Doğal boyaların montun kumaşını boyayarak sadece estetik görünüm kazandırması

    • A) Silikon pillerin sadece yapay ışıkla şarj olabilmesi ve esnek tasarımlara uygun olmaması
    • B) DSSC'lerin yüksek sıcaklıklarda toksik gaz salgılayarak montu giyen kişiyi koruması
    • C) Silikon pillerin daha az ham madde gerektirmesine rağmen çok tehlikeli olması
    • D) DSSC'lerin organik boyalarla üretilebilmesi, bükülebilmesi ve kapalı/bulutlu ortamlarda dahi elektrik üretebilmesi
    • E) Doğal boyaların montun kumaşını boyayarak sadece estetik görünüm kazandırması

12. Güneş pillerinin performansını test eden bir araştırmacı, bulutlu günlerde geleneksel silikon hücrelerin enerji üretiminin %80 düştüğünü gözlemlemiştir. Aynı koşullar altında boyaya duyarlı güneş pillerinin (DSSC) üretimindeki düşüş ise sadece %20 seviyesinde kalmıştır. Bu araştırmadan elde edilen verilere göre aşağıdaki bilimsel çıkarımlardan hangisine ulaşılabilir? A) Silikon pillerin ömürleri, bulutlu havalarda DSSC pillerine göre daha uzundur. B) Geleneksel piller sadece aşırı yağmurlu havalarda tam kapasite elektrik üretebilmektedir. C) Bulutlu günlerde boya molekülleri daha aktif çalışarak elektron transfer hızını artırır. D) DSSC teknolojisinde güneş ışığının dalga boyunu değiştiren özel filtreler kullanılır. E) DSSC'ler doğrudan ışık almadıkları gölgeli ve dağınık ışıklı ortamlarda da enerji üretebilir.

    • A) Silikon pillerin ömürleri, bulutlu havalarda DSSC pillerine göre daha uzundur.
    • B) Geleneksel piller sadece aşırı yağmurlu havalarda tam kapasite elektrik üretebilmektedir.
    • C) Bulutlu günlerde boya molekülleri daha aktif çalışarak elektron transfer hızını artırır.
    • D) DSSC teknolojisinde güneş ışığının dalga boyunu değiştiren özel filtreler kullanılır.
    • E) DSSC'ler doğrudan ışık almadıkları gölgeli ve dağınık ışıklı ortamlarda da enerji üretebilir.

13. Sınıfta hazırlanan bir karşılaştırma tablosunda, geleneksel silikon piller ile boyaya duyarlı güneş pillerinin (DSSC) özellikleri karşılaştırılmıştır. Bu tabloda maliyet (Silikon: Yüksek, DSSC: Düşük), esneklik (Silikon: Yok, DSSC: Yüksek) ve toksisite (Silikon: Yüksek, DSSC: Çok Düşük) olarak belirtilmiştir. Yeşil kimya ve sürdürülebilirlik ilkeleri düşünüldüğünde, DSSC'lerin tercih edilmesinde aşağıdakilerden hangisi bir gerekçe olamaz? A) Üretim süreçlerinde çevreye zararlı ve toksik atık miktarının çok az olması B) Farklı eğimli yüzeylerde ve bükülebilir tasarımlarda kullanılabilmesi C) Maksimum enerji dönüşüm verimliliğinin her zaman silikon pillerden yüksek olması D) Üretim maliyetlerinin düşük olması nedeniyle ekonomik tasarruf sağlaması E) Yenilenebilir kaynaklar ve doğal boyalar kullanılarak ekolojik dengenin korunması

    • A) Üretim süreçlerinde çevreye zararlı ve toksik atık miktarının çok az olması
    • B) Farklı eğimli yüzeylerde ve bükülebilir tasarımlarda kullanılabilmesi
    • C) Maksimum enerji dönüşüm verimliliğinin her zaman silikon pillerden yüksek olması
    • D) Üretim maliyetlerinin düşük olması nedeniyle ekonomik tasarruf sağlaması
    • E) Yenilenebilir kaynaklar ve doğal boyalar kullanılarak ekolojik dengenin korunması

14. Bir araştırmacı, boyaya duyarlı güneş pillerinde (DSSC) farklı doğal bitki özütlerini duyarlaştırıcı olarak kullanarak sırasıyla böğürtlen özütünde %1.5, nar çekirdeği özütünde %1.2 ve ıspanak özütünde %0.5 verim elde etmiştir. Yapılan analizlerde böğürtlen ve narın asidik, ıspanağın ise nötre yakın olduğu belirlenmiştir. Bu veri setine göre hücre verimliliği ile ilgili aşağıdaki çıkarımlardan hangisi yapılabilir? A) Hücrenin verimliliği, kullanılan doğal özütün asidik karakteri ve pigment türü ile doğrudan ilişkilidir. B) Ispanaktaki klorofilin ışık soğurma aralığı diğer tüm meyvelerden daha geniştir. C) pH değeri yükseldikçe güneş pillerinin toplam verimliliği doğrusal olarak artar. D) Doğal boyaların tamamı sentetik silikon pillerden her koşulda daha yüksek verimlidir. E) En yüksek verimi elde etmek için sadece yaprak özütleri tercih edilmelidir.

    • A) Hücrenin verimliliği, kullanılan doğal özütün asidik karakteri ve pigment türü ile doğrudan ilişkilidir.
    • B) Ispanaktaki klorofilin ışık soğurma aralığı diğer tüm meyvelerden daha geniştir.
    • C) pH değeri yükseldikçe güneş pillerinin toplam verimliliği doğrusal olarak artar.
    • D) Doğal boyaların tamamı sentetik silikon pillerden her koşulda daha yüksek verimlidir.
    • E) En yüksek verimi elde etmek için sadece yaprak özütleri tercih edilmelidir.

15. Geleneksel silikon güneş pilleri yüksek ışık yoğunluğunda en yüksek verimle çalışırken, boyaya duyarlı güneş pilleri (DSSC) yapay ışık ve bulutlu havalarda da çalışabilmektedir. Bitkilerdeki klorofilin ışığı absorbe etme mantığına benzer bir mekanizmaya sahip olan DSSC'lerin bu yapısı, geleneksel pillerle karşılaştırıldığında hangi temel avantaja işaret eder? A) Daha yüksek sıcaklıklarda kristal yapısını koruyabilmelerine B) İç mekanlarda ve düşük ışıklı ortamlarda kesintisiz enerji üretebilmelerine C) Sadece doğrudan dik gelen güneş ışınlarıyla çalışabilmelerine D) Fiziksel darbelere karşı tamamen kırılmaz yapıda olmalarına E) Elektrik akımını depolamak için ek bir bataryaya ihtiyaç duymamalarına

    • A) Daha yüksek sıcaklıklarda kristal yapısını koruyabilmelerine
    • B) İç mekanlarda ve düşük ışıklı ortamlarda kesintisiz enerji üretebilmelerine
    • C) Sadece doğrudan dik gelen güneş ışınlarıyla çalışabilmelerine
    • D) Fiziksel darbelere karşı tamamen kırılmaz yapıda olmalarına
    • E) Elektrik akımını depolamak için ek bir bataryaya ihtiyaç duymamalarına

16. Bir öğrenci, doğada kolayca çözünebilen çevre dostu bir saksı tasarlamak için tamamen doğal kaynaklı bir hammadde arayışındadır. Buna göre öğrencinin projesinde ana bileşen olarak seçmesi gereken en uygun doğal polimer aşağıdakilerden hangisidir?

    • A) Polietilen
    • B) Polistiren
    • C) Polivinil klorür
    • D) Teflon
    • E) Nişasta

Doğru cevaplar ve adım adım çözümler testi tamamladıktan sonra gösterilir.