Konu anlatımı
Bir bardak musluk suyu da, yağmurdan toplanıp arıtılmış su da, laboratuvarda hidrojenle oksijenin birleşmesinden elde edilen su da aynı bileşiktir. Joseph Proust, bir bileşiği oluşturan elementlerin kütleleri arasındaki oranın her zaman aynı olduğunu gösterdi. Bu alt başlıkta sabit oranlar kanununu, kütlece yüzde bileşimi ve bu kanunla yapılan hesapları göreceksin.
Kanunun ifadesi
Bir bileşiği oluşturan elementlerin kütleleri arasında sabit bir oran vardır; bu oran bileşiğin nasıl ve nereden elde edildiğine bağlı değildir. Kanunun nedeni, bileşikteki atomların belirli sayı oranlarında birleşmesidir: her su molekülünde iki hidrojen ve bir oksijen atomu bulunduğu için hidrojenin oksijene kütlece oranı her zaman 2 · 1 : 16 = 1 : 8 olur. Karışımlarda böyle bir sabit oran yoktur; bu yüzden sabit oran, bileşiği karışımdan ayıran özelliklerden biridir.
Formülden kütle oranı ve yüzde
Bir bileşikteki elementlerin kütlece oranı, her elementin atom sayısı ile atom kütlesinin çarpımları karşılaştırılarak bulunur. Atom kütleleri H: 1, C: 12, N: 14, O: 16, S: 32, Fe: 56 alınırsa bazı oranlar şöyledir:
- H₂O: hidrojen : oksijen = 2 : 16 = 1 : 8
- CO₂: karbon : oksijen = 12 : 32 = 3 : 8
- NH₃: azot : hidrojen = 14 : 3
- CH₄: karbon : hidrojen = 12 : 4 = 3 : 1
- SO₃: kükürt : oksijen = 32 : 48 = 2 : 3
- Fe₂O₃: demir : oksijen = 112 : 48 = 7 : 3
Kütlece yüzde bileşim
Bir elementin bileşikteki kütlece yüzdesi, o elementin kütle payının toplam kütleye bölünüp 100 ile çarpılmasıyla bulunur. Suda toplam 2 + 16 = 18 birimin 2 birimi hidrojen olduğu için hidrojenin kütlece yüzdesi yaklaşık %11,1, oksijeninki yaklaşık %88,9'dur. Yüzde bileşim de bileşiğin her örneğinde aynıdır; bu yüzden bir örneğin kütlesi biliniyorsa içindeki element kütleleri doğrudan hesaplanır.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Kükürt trioksitte kükürdün oksijene kütlece oranı 2 : 3'tür. 40 g kükürt trioksit elde etmek için kaç gram kükürt ve kaç gram oksijen gerekir?
Çözüm. Oran 2 : 3 olduğuna göre her 2 + 3 = 5 birimlik bileşiğin 2 birimi kükürt, 3 birimi oksijendir. 40 g bileşikte bir birim 40 : 5 = 8 g eder. Gereken kükürt 2 · 8 = 16 g, oksijen 3 · 8 = 24 g olur. Kontrol: 16 + 24 = 40 g ve 16 : 24 = 2 : 3.
Örnek 2. X₂Y₃ formüllü bir bileşikte X'in Y'ye kütlece oranı 7 : 3'tür. Y'nin atom kütlesi 16 olduğuna göre X'in atom kütlesi kaçtır?
Çözüm. Bileşikte iki X ve üç Y atomu bulunduğu için kütle oranı, iki X atomunun kütlesinin üç Y atomunun kütlesine oranıdır: 2X : (3 · 16) = 7 : 3. Buradan 2X : 48 = 7 : 3, yani 2X = 48 · 7/3 = 112 ve X = 56 bulunur. Atom kütlesi 56 olan element demirdir; bileşik demir(III) oksit olabilir.
Örnek 3. Metanda (CH₄) karbonun kütlece yüzdesi kaçtır? 32 g metanda kaç gram hidrojen bulunur? (C: 12, H: 1)
Çözüm. Bir metan molekülünde 12 birim karbon ve 4 · 1 = 4 birim hidrojen vardır; toplam 16 birimdir. Karbonun kütlece yüzdesi 12/16 · 100 = %75, hidrojeninki %25 olur. 32 g metanda 32 · 25/100 = 8 g hidrojen ve 24 g karbon bulunur. Oran 24 : 8 = 3 : 1 olarak korunur.
Sık yapılan hatalar
- Kütle oranını atom sayısı oranı sanmak: suda atom oranı 2 : 1, kütle oranı 1 : 8'dir.
- Oran payları toplamını bulmadan kütleyi paylaştırmaya çalışmak.
- Karışımların da sabit oranlı olduğunu düşünmek; sabit oran bileşiklere özgüdür.
- Bir bileşikteki elementlerin kütle oranı her örnekte aynıdır.
- Kütle oranı = atom sayısı · atom kütlesi çarpımlarının oranı.
- Kütlece yüzde = elementin kütle payı / toplam kütle · 100.