Konu anlatımı
Bir kâğıt yandığında geriye çok az kül kalır; kütle kaybolmuş gibi görünür. Antoine Lavoisier, tepkimeleri kapalı kaplarda yapıp terazide dikkatle tartarak kütlenin aslında hiç kaybolmadığını gösterdi. Bu alt başlıkta kütlenin korunumu kanununu, açık kaplarda görülen kütle değişimlerini ve bu kanunla yapılan hesapları göreceksin.
Kanunun ifadesi
Kapalı bir kapta gerçekleşen bir kimyasal tepkimede, tepkimeye giren maddelerin toplam kütlesi oluşan maddelerin toplam kütlesine eşittir. Tepkimede atomlar yok olmaz, yoktan da var olmaz; yalnızca aralarındaki bağlar kopar ve atomlar yeni düzenlerle yeni maddeler oluşturur. Bu yüzden tepkimeden önce ve sonra atomların cinsi ve sayısı, dolayısıyla toplam kütle aynı kalır. Kapalı bir kaptaki toplam kütlenin zamana karşı grafiği yatay bir doğrudur.
Açık kapta görünen değişimler
Açık kapta gaz çıkaran ya da havadaki bir gazla birleşen tepkimelerde kaptaki kütle değişmiş gibi görünür. Kalsiyum karbonat ısıtıldığında karbon dioksit gazı kaçtığı için katının kütlesi azalır. Magnezyum şerit havada yakıldığında havadaki oksijenle birleşir ve oluşan magnezyum oksidin kütlesi magnezyumunkinden büyük olur. Demir paslanırken de havadaki oksijen ve nem demire bağlanır. Bu olaylarda kaçan ya da kaba giren gaz da tartıya katılırsa toplam kütlenin değişmediği görülür.
Hesaplama yolu
Kütlenin korunumu sorularında bilinmeyen kütle, toplam kütlenin değişmediği bilgisinden bulunur: girenlerin kütleleri toplamı = ürünlerin kütleleri toplamı. Açık kap sorularında katının kütlesindeki azalma kaçan gazın kütlesine, artış ise katıya bağlanan gazın kütlesine eşittir. Artan madde varsa artan kütle de ürün tarafına eklenir; böylece toplam kütle yine korunmuş olur.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Kapalı bir kapta 12 g magnezyum yeterince oksijenle tamamen tepkimeye girerek 20 g magnezyum oksit oluşturuyor. Tepkimede kaç gram oksijen harcanmıştır?
Çözüm. Kapalı kapta toplam kütle korunur. Oluşan magnezyum oksidin kütlesi, tepkimeye giren magnezyum ve oksijenin kütleleri toplamına eşittir: 12 + oksijen = 20. Buradan harcanan oksijen 20 − 12 = 8 g bulunur. Bu tepkime açık havada yapılsaydı katının kütlesi 12 g'dan 20 g'a çıkardı, çünkü katıya havadaki oksijen bağlanır.
Örnek 2. Açık bir kapta 50 g kalsiyum karbonat tamamen ayrışana kadar ısıtılıyor ve kapta 28 g kalsiyum oksit kalıyor. Kaptan kaç gram gaz çıkmıştır? Bu sonuç kütlenin korunumuyla çelişir mi?
Çözüm. Kalsiyum karbonat ısıtılınca kalsiyum oksit ve karbon dioksite ayrışır. Katının kütlesi 50 g'dan 28 g'a indiğine göre kaptan 50 − 28 = 22 g karbon dioksit çıkmıştır. Bu sonuç kanunla çelişmez: kaçan gaz da hesaba katılırsa ürünlerin toplam kütlesi 28 + 22 = 50 g olur ve başlangıçtaki kütleye eşittir.
Sık yapılan hatalar
- Odun ya da kâğıt yanınca kütlenin yok olduğunu sanmak; kütle gaz ürünlerle birlikte havaya karışır.
- Magnezyum yanınca kütlenin artmasını kanuna aykırı saymak; artış katıya bağlanan oksijenden gelir.
- Tepkimede molekül sayısının da her zaman korunduğunu düşünmek; korunan, atomların cinsi ve sayısıdır.
- Kapalı kapta: girenlerin kütlesi = ürünlerin kütlesi.
- Açık kapta kütle azalırsa gaz çıkmıştır, artarsa havadan gaz bağlanmıştır.
- Tepkimede atomların cinsi ve sayısı korunur.