Konu anlatımı
18. yüzyılın sonlarında kimyacılar maddelerin kütlelerini terazide dikkatle ölçmeye başlayınca kimyasal tepkimelerin rastgele değil, kesin kurallara göre gerçekleştiğini fark ettiler. Antoine Lavoisier kütlenin korunduğunu, Joseph Proust bileşiklerdeki elementlerin kütleleri arasında sabit bir oran bulunduğunu, John Dalton ise aynı iki elementin farklı bileşiklerindeki kütleler arasında basit tam sayılı oranlar olduğunu gösterdi. Dalton'un atom kuramı bu üç kanunu tek bir fikirle açıklar: tepkimelerde atomlar yok olmaz, yalnızca yeniden düzenlenir.
Bu sayfada üç kanunu, bunlarla yapılan hesapları, artan madde sorularını ve grafiklerini, katlı oranlarla formül bulmayı göreceksin. Gazların birleşen hacimleriyle ilgili hesaplar 9 ve 10. sınıf programında yer almaz; TYT'de kimyanın temel kanunları kütlenin korunumu, sabit oranlar ve katlı oranlarla sınırlıdır.
Kütlenin korunumu kanunu
Kapalı bir kapta gerçekleşen bir kimyasal tepkimede, tepkimeye giren maddelerin toplam kütlesi oluşan maddelerin toplam kütlesine eşittir. Bunun nedeni atomların tepkimede yok olmaması ve yoktan var olmamasıdır; atomların cinsi ve sayısı korunur. Açık kapta kütle değişmiş gibi görünebilir: odun yanınca oluşan gazlar havaya karıştığı için geriye kalan kül hafiftir; demir paslanınca havadaki oksijenle birleştiği için pas, demirden ağırdır. Bu değişimler kanunu bozmaz; yalnızca kaba giren ya da kaptan çıkan gaz hesaba katılmamıştır.
Sabit oranlar kanunu
Bir bileşiği oluşturan elementlerin kütleleri arasında, bileşik nasıl ve nereden elde edilirse edilsin, sabit bir oran vardır. Suda hidrojenin oksijene kütlece oranı her zaman 2 : 16 = 1 : 8'dir; karbon dioksitte karbonun oksijene oranı 12 : 32 = 3 : 8, demir(II) sülfürde demirin kükürde oranı 56 : 32 = 7 : 4 olur. Bu oranlar formüldeki atom sayıları ile atom kütlelerinin çarpımından bulunur. Karışımlar için böyle bir sabit oran yoktur: şekerli suda şeker ile su istenen oranda karıştırılabilir.
Artan madde
İki element sabit orana uymayan kütlelerde karıştırılırsa birinin tamamı tepkimeye girer, ötekinin bir kısmı artar. Hangisinin tükeneceğini bulmak için her elementin kütlesi oranındaki payına bölünür; bölüm küçük olan element tamamen harcanır. Örneğin demir ve kükürt 7 : 4 oranında birleştiği için 21 g demir ile 16 g kükürtten 21 : 7 = 3 ve 16 : 4 = 4 bulunur; demir tükenir, 12 g kükürt harcanır, 33 g demir(II) sülfür oluşur ve 4 g kükürt artar.
Katlı oranlar kanunu
Aynı iki element birden fazla bileşik oluşturuyorsa, elementlerden birinin sabit kütlesiyle birleşen ötekinin kütleleri arasında küçük tam sayılarla ifade edilen bir oran vardır. Karbon monoksit (CO) ve karbon dioksitte (CO₂) 12 g karbonla birleşen oksijen kütleleri 16 g ve 32 g olduğu için oran 1 : 2'dir. Kanunun uygulanabilmesi için bileşiklerin aynı iki elementten oluşması ve elementlerin birleşme oranlarının farklı olması gerekir. NO₂ ile N₂O₄ gibi atom oranları aynı olan bileşikler arasında katlı oran yoktur.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Kapalı bir kapta 5,6 g demir tozu ile 4 g kükürt ısıtılıyor. Demir ile kükürt kütlece 7 : 4 oranında birleştiğine göre en çok kaç gram demir(II) sülfür oluşur ve hangi elementten kaç gram artar?
Çözüm. Demir için 5,6 : 7 = 0,8, kükürt için 4 : 4 = 1 bulunur; bölümü küçük olan demir tamamen harcanır. 5,6 g demirle birleşen kükürt 0,8 · 4 = 3,2 g olur. Oluşan demir(II) sülfür 5,6 + 3,2 = 8,8 g'dır ve 4 − 3,2 = 0,8 g kükürt artar. Kütlenin korunumu sağlanır: kaptaki toplam kütle önce 9,6 g, sonra 8,8 + 0,8 = 9,6 g'dır.
Örnek 2. Suda hidrojenin oksijene kütlece oranı 1 : 8'dir. 10 g hidrojen ile 72 g oksijen tepkimeye sokulursa en çok kaç gram su oluşur? Hangi elementten kaç gram artar?
Çözüm. 72 g oksijen, 72 : 8 = 9 g hidrojenle birleşir. Elimizde 10 g hidrojen olduğu için oksijen tükenir ve 10 − 9 = 1 g hidrojen artar. Oluşan su 9 + 72 = 81 g'dır. Bütün kütleleri toplayıp 82 g su bulmak, artan hidrojeni hesaba katmamak demektir.
Örnek 3. Azot ile oksijenin oluşturduğu iki bileşikten birincisinde 7 g azot 8 g oksijenle, ikincisinde 14 g azot 40 g oksijenle birleşmiştir. Eşit kütlede azotla birleşen oksijen kütleleri arasındaki oran nedir? Birinci bileşik NO ise ikincinin formülü nedir?
Çözüm. İkinci bileşikte 14 g azotla 40 g oksijen birleştiğine göre 7 g azotla 20 g oksijen birleşir. Aynı 7 g azotla birleşen oksijen kütleleri 8 g ve 20 g olduğu için oran 8 : 20 = 2 : 5 olur. Birinci bileşikte bir azot atomuna bir oksijen atomu düşüyorsa ikincide 5/2 oksijen atomu düşer; atom oranı 2 : 5 olduğundan formül N₂O₅ olur.
Örnek 4. Kalsiyum karbonatta (CaCO₃) elementlerin kütlece yüzdeleri nedir? 25 g kalsiyum karbonatta kaç gram kalsiyum bulunur? (Ca: 40, C: 12, O: 16)
Çözüm. Bir formül biriminde 40 birim kalsiyum, 12 birim karbon ve 3 · 16 = 48 birim oksijen vardır; toplam 100 birimdir. Kütlece yüzdeler kalsiyum için %40, karbon için %12, oksijen için %48 olur. Sabit oranlar kanunu gereği her kalsiyum karbonat örneğinde bu oranlar aynıdır; 25 g kalsiyum karbonatta 25 · 40/100 = 10 g kalsiyum bulunur.
Sık yapılan hatalar
- Açık kapta kütlenin azalmasını ya da artmasını kütlenin korunumu kanununun bozulması sanmak; kaçan ya da kaba giren gaz hesaba katılmamıştır.
- Verilen kütleleri doğrudan toplayıp ürün kütlesini bulmak; önce artan madde olup olmadığına bakılmalıdır.
- Sabit oranı atom sayıları oranıyla karıştırmak: suda atom oranı 2 : 1, kütle oranı 1 : 8'dir.
- Katlı oranları farklı element çiftlerinin bileşiklerine uygulamak; kanun aynı iki elementin bileşikleri içindir.
- Katlı oranları hesaplarken iki bileşikte aynı elementin kütlesini eşitlemeyi unutmak.
- Kapalı kapta toplam kütle değişmez; atomların cinsi ve sayısı korunur.
- Bir bileşikteki elementlerin kütlece oranı sabittir: su 1 : 8, karbon dioksit 3 : 8, demir(II) sülfür 7 : 4.
- Artan madde için kütleleri oran paylarına böl; küçük bölüm veren tükenir.
- Katlı oranlar: aynı iki element, farklı bileşikler, birinin sabit kütlesiyle birleşen ötekinin kütleleri basit oranda.
- Birleşen hacim oranları TYT programında yoktur.