Kimyanın Temel Kanunları - Kimya Budur

Kimyanın Temel Kanunları

KİMYANIN TEMEL KANUNLARI

Kütlenin Korunumu Kanunu (Lavoisier)

1789 yılında Antonie Lavoisier yaptığı deneylerden birinde, bir kalay örnei ve bir miktar hava içeren bir cam balonun ağzını kapatmış ve tartmıştır. (Tartım; kalay örneği + hava + balon kütlesidir.) Sonra bu kapalı balonu ısıtmış ve kalayın tebeşir tozuna benzer bir toz oluşturduğunu görmüştür. Kabı yeniden tartmış (tartım; balon + beyaz toz + kalan hava kütlesi) ve kütlenin değişmediğini görmüştür. Buna benzer bir çok deney yapmış ve her deneyde aynı sonuca ulaşmıştır: kimyasal tepkimelerde toplam kütle korunur. 

Kütlenin korunumu kanununa göre: Bir kimyasal tepkimede tepkimeye giren maddelerin toplam kütlesi tepkime sonucu oluşan maddelerin toplam kütlesine eşittir. Örneğin;

Kütlenin korunumu yasasına  göre;  2 g H2 ve 16 g O2 gazlarının uygun koşullarda artansız tepkimesi ile toplam 18 gram H2O bileşiği oluşur.

Kütlenin Korunumu Kanunu Örnek Sorular

Örnek – 1:

8 g kalsiyum metali, içinde yalnızca 4 g oksijen gazı bulunan bir kaba konduğunda tepkime gerçekleşiyor. Tepkime sonunda 0,8 g oksijen gazı tepkimeye girmeden kaldığına göre, kaç gram bileşik oluşur?

Çözüm:

Kütlenin korunumu kanununa göre başlangıçta kapta kaç gram madde varsa tepkime sonunda da o kadar madde vardır.

Başlangıçta:

8 g + 4 = 12 gram  madde var ve oksijen gazının 0,6 gramı tepkimeye girmediğine göre,

12 – 0,8 = 11,2 gram madde tepkimeye girmiş ve bileşik oluşmuştur.

Sabit Oranlar Kanunu (Proust)

Joseph Proust 1799’da yazdığı bir makalede elementlerin kütlelerini ve bunların kütle oranlarını incelemiştir. Yaptığı deneyler sonucunda sabit oranlar kanunu ifade etmiştir.  Bu kanuna göre; bir bileşiğin bütün örnekleri aynı bileşime sahiptir. Bileşenler sabit oranda birleşir. Bu sabit oran kütlece birleşme oranı şeklinde de ifade edilir.

Örneğin suda, bir oksijen (O) atomu ile iki hidrojen atomu H2O bileşiğini oluşturmak üzere birleşir. H2O bileşiği oluşurken hidrojenin kütlesinin oksijenin kütlesine oranı daima H/O = 1/8 dir. Yani, 1 gram H ile 8 g O birleşir ve 9 gram bileşik oluşur.

*Sabit oranlar kanunu bileşik oluşurken atomların belirli bir oranda bir araya geldiğini gösterir.

* Aynı iki elementin oluşturduğu farklı bileşiklerde elementlerin kütleleri arasındaki oranları da farklıdır.

*Bir bileşikteki elementler arasındaki kütlece birleşme oranı bilinirse, her bir elementin bileşikteki kütlece yüzdeleri de bulunabilir.

Örneğin, MgO bileşiğinde 6 gram Mg ile 4 gram O birleşmektedir. Buna göre, bileşikte kütlece %60 Mg, %40 O vardır. Bu oran sabittir.

Sabit Oranlar Kanunu Örnek Sorular

Örnek – 3

Aşağıda, C, Cu, S elementlerinin oksijenle yaptıkları bazı oksitler verilmiş, bu bileşiklerdeki kütlece birleşme oranları ( element / oksijen ise karşısında gösterilmiştir.

Bileşik                   Birleşme oranı (element / oksijen)

CO2                        3/8

Cu2O                     8/1

SO3                            2/3

Buna göre C, Cu ve S elementlerinin her birinden eşit miktarlarda alınarak oluşturulan oksitlerin hangisinde kullanılan oksijen miktarı en fazladır?

Çözüm:

Her elementin eşit miktarda alındığını göstermek için kütlece birleşme oranlarındaki payların eşitlenmesi gerekir. Bu da ancak payı 8.3.2 = 48 e eşitlemekle olur. O halde orantılar, paylar 48 olacak şekilde genişletildiğinde:

CO2 için     3.16/8.16 = 48/128                 (48 g C ile 128 g O birleşir)

Cu2O için   8.6/1.6 = 48/6                          (48 g Cu ile 6 g O birleşir)

SO3     için   2.24/3.24  = 48/72                  (48 g S ile 72 g O birleşir)

görüldüğü üzere eşit kütlede elementler ile birleşen oksijen kütlesi bileşiğinde COen fazladır (128 g). Bu sonuca yine kütlece birleşme oranlarından giderek her bir bileşikteki oksijen kütlesinin yüzdesi hesaplanarak da ulaşılabilir.

Katlı Oranlar Kanunu (Dalton)

Katlı oranlar kanununa göre, iki element (C ve O2) birden fazla bileşik oluşturuyorsa, elementlerden birinin (C) sabit kütlesine karşı diğer elementin (O2) değişen kütleleri arasında sabit bir oran vardır.

CO ve CO2 bileşiklerini ele alalım;

CO bileşiğinde 1 C atomu ile 1 O atomu birleşmişken, CO2 bileşiğinde 1 C atomu ile 2 O atomu birleşmiştir. Bu iki bileşikte C atomlarının sayısı (aynı zamanda kütlesi) aynıdır, yani sabittir. O halde CO ve CO2 bileşiklerinde değişen O atomlarının sayıları (aslında kütleleri) arasında bir oran oluşturabiliriz:

Bu oranda görüldüğü üzere sabit kütleli C atomları ile birleşen O atomları kütleleri oranı 1/2 dir. Bu oran katlı oran olarak bilinir.

İki bileşiğin katlı oranlar kanununa uyması için;

  1. Yalnızca iki element içermeli
  2. Bileşiklerin basit (sadeleştirilmiş) formülleri aynı olmamalı

Örnek – 5

Azot ve oksijenden oluşan iki bilesikteki oksijenin kütlesinin, bileşik kütlesiyle degisimi yandaki grafikteki gibidir.
I. bileşiğin formülü NO ise II. bileşiğin basit formülü aşağıdakilerden hangisidir?

Grafikteki verilere göre her bir bileşikteki N ve O kütlelerini tabloda gösterelim. Bunun için grafikte verilen bileşik kütlelerinden oksijen kütlelerini çıkararak her bir bileşikteki azot (N) miktarlarını bulmalıyız.

I. bileşikte: 15-8 = 7 g N ve 8 g O var

II. bileşikte 19-12 = 7 g N ve 12 g O var

Bu verilere göre aşağıdaki gibi bir tablo oluşur. Bu tabloda II. bileşiğin N ve O sayılarını bilmediğimizden sırasıyla a ve b harfleri kullandık.

N         O         Formül

  1. bileşik          7         8          NO
  2. bileşik          7         12         NaOb

Tabloda bileşiklerdeki N kütleleri arasındaki oran formüldeki N sayıları arasındaki orana eşittir. Aynı şekilde bu ilişki O atomları için de geçerlidir. O halde;

bulunur. Buradan a ve b sayıları tam sayı olacak şekilde 2 ile genişletilirse;

a = 2 ve b = 3 bulunur. Bu da ikinci bileşiğin formülünün N2Oolduğunu gösterir.

Örnek – 6

Aşağıdaki bileşik çiftlerinden hangileri arasında katlı oran kurulabilir?

 I. N2O4 – NO2

II. CH2O – C6H12O6

III. Fe2O3 – FeO

I. çiftte N2O4 bileşik formülü sadeleştirildiğinde NO2 olur ve ikinci bileşiğe benzer ve basit formülleri aynıdır. Bu nedenle katlı oran kurulamaz.

II. çiftte ise ikiden fazla element olduğundan katlı oran kurulamaz.

III. çiftte bileşikler iki aynı elementten oluşmuş ve basit formülleri aynı olmadığından katlı oran kurulabilir. Bu oranı bulalım:

Fe2O3 / FeO oranında Fe atomlarının sayılarını FeO bileşiğinde Fe ve O atomlarını 2 ile çarparak eşitleyelim. Böylece kütlesi değişen O atomları arasındaki oranı bulabiliriz.

Fe2O3 / Fe2O2 oranında görüldüğü üzere O atomları arasındaki oran 2/3 tür. Bu da bize Fe2O3 – FeO bileşikleri arasındaki katlı oranı verir.