mol kavramı - Mustafa Atalay

MOL KAVRAMI
Bağıl Atom Kütlesi
Atomlar çok küçük tanecikler olduğu için herhangi bir atomun kütlesi bilinen ölçme aletleri ile ölçülemez. Atomların
kütleleri bir referans atom belirlenerek bu atoma göre belirlenir. Herhangi bir atomun kütlesinin, referans olarak
belirlenen atomun kütlesiyle karşılaştırılması sonucunda elde edilen kütleye bağıl atom kütlesi denir.
Dalton, Gay-Lussac, Lavoisier, Avogadro, Berzelius gibi bilim adamları atom kütlesini belirleme ilgili çalışmalar
yaparak bazı atomlar için atom kütleleri belirlemişlerdir. Dalton, H2O, HCl, NH3 gibi bileşiklerde 1 gram hidrojenle
birleşen oksijen, azot ve klor kütlelerini bulmuş ve bu atomların bağıl atom kütlelerini hesaplamıştır.
Hidrojenin kütlesinin küçük olması, diğer elementlerle bileşik oluştururken toplam kütlede çok az da olsa bir
yanılmaya neden olmuştur. Bu nedenle hidrojen atomu kullanılarak oluşturulan bağıl atom kütlesi
hesaplamalarında hatalar ortaya çıkmıştır. Hataların azaltılabilmesi için atom kütlesi daha büyük olan oksijen
16
17
18
atomu seçilmiştir. Oksijen elementinin doğada O, O, O kütle numaralarına sahip izotoplarının doğadaki
oranında oluşabilecek değişiklikler, diğer elementlerin bağıl atom kütlelerinde de değişmelere neden olacaktır.
Atom kütlelerinin modern sistemde belirlenmesi çalışmaları sürecinde, 1961 yılında Uluslar arası Kuramsal ve
12
Uygulamalı Kimya Birliği(IUPAC), atom kütlelerinin ölçümünde oksijen yerine C izotopunun kullanılmasını
12
kararlaştırmıştır. C izotop atomunun kütlesi 12,0000 kabul edilerek diğer elementlerin bağıl atom kütleleri
12
bulunmuştur. Bu sisteme göre 1 tane C atomunun kütlesi atomik kütle biriminin 12 katı alınmış, diğer atomların
12
bağıl atom kütleleri buna göre hesaplanmıştır. Başka bir deyişle bir tane C atomunun kütlesinin 1/12’si atomik
kütle birimi(akb) olarak ifade edilmiştir. Atom kütlelerinin belirlenmesinde en doğru sonuçlar kütle spektrometresi
ile yapılan ölçümler sonucunda elde edilen
değerler olmuştur. Kütle spektrometresi ile
yapılan ölçümlerde farklı kütledeki atomların
varlığı tespit edilmiştir. Aynı elementin kütle
numaraları farklı olan atomlarına izotop
atomlar
denir.
İzotop
atomların
çekirdeklerinde
aynı
sayıda
proton
bulunmasına rağmen nötron sayıları farklıdır.
İzotop atomların fiziksel özellikleri farklı,
kimyasal
özellikleri
aynıdır.
Kütle
spektrometresinde pozitif yüklü hale getirilen
iyonlar elektrik alanda ivmelendirilerek
manyetik alandan geçirilmiş, dedektöre çarptıklarındaki sapma miktarlarının kütleye bağlı olduğu görülmüştür(ağır
olan az, hafif olan çok sapar). İzotop atomların her bir atomunun kütlesi(bu değer gerçekte kütleyi belirtmesine
rağmen, atom kütlesi ifadesi yerine zaman zaman atom ağırlığı ifadesini de kullanabiliyoruz.) akb cinsinden
doğru olarak hesaplanabilmiştir.
Doğada hemen hemen bütün elementlerin izotopları vardır. Elementler doğada izotoplarının karışımı olarak
bulundukları için, herhangi bir elementin atom kütlesini doğada bulunan izotoplarının atom kütlelerinin ortalaması
12
olarak almalıyız. C atomunun atom kütlesi periyodik cetvellerde 12 olarak değil, 12,01 olarak verilir. Bunun
12
13
14
nedeni karbonun doğada C, C ve C izotoplarının karışımı halinde bulunması ve kütlesinin bu izotopların
12
13
kütlelerinin ortalamasının alınmasıdır. Doğadaki C atomlarının % 98,89’u C atomları, %1,11’i C atomları ve
14
12
13
yok denecek kadar az bir kısmı da C atomlarıdır. C atomunun kütlesi 12 akb, C atomunun kütlesi 13,003355
akb alınarak doğadaki C elementinin ortalama atom kütlesi aşağıdaki gibi bulunur.
ortalama atom kütlesi =
12
C atom kütlesi x doğada bulunma yüzdesi +
13
C atom kütlesi x doğada bulunma yüzdesi
ortalama atom kütlesi = 12 akb x 0,9889 + 13,003355 akb x 0,0111
= 12,01 akb
Bu kitapta bir elementin atom kütlesi olarak, ortalama atom kütlesi değeri kullanılacaktır. Gerçekte doğada 12,01
kütlesine sahip C atomu bulunmamasına rağmen, hesaplamalarda doğru sonuçlara ulaşmak için C atomlarını
12,01 kütleye sahip olan tek çeşit atom olarak alacağız.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 1
63
Örnek: Cu elementinin doğada iki çeşit izotopu vardır. Kütle spektrometresi ile yapılan hesaplamalarda Cu
65
atomunun kütlesi 62,93 akb, Cu atomunun kütlesi 64,93 akb olarak bulunmuştur. Doğadaki Cu atomlarının
63
%69,09’u Cu olduğuna göre, ortalama atom kütlesi kaç akb olur?
MOL
Madde örneklerinin çok sayıda atom içermeleri dolayısıyla atom sayılarının hesaplanması amacıyla oluşturulan
12
ölçme birimine mol denir. 12 gram saf C elementini oluşturan C atomu sayısına eşit bir değer olan mol,
23
12
Avogadro tarafından 6,02x10 olarak belirlenen sayı kadar tanecik içeren ölçme birimidir. Avogadro sayısı C
referans alınarak belirlenmiştir. Avogadronun kimya bilimine katkılarından dolayı bu sayıya Avogadro sayısı adı
23
verilmiştir. Herhangi bir maddenin 1 molü 6,02x10 tanecik içerir. Bir elementin 1 molünün kütlesi o elementin
atom kütlesinin gram cinsinden değerine eşittir. Bu tanım akb ile gram arasındaki ilşkiyi de açıklamaktadır.
23
23
Örneğin 6,02x10 C atomunun kütlesi (her C atomunun kütlesi 12 akb) 12 gramdır. (1 gram = 6,02x10 akb)
1 mol C atomunun kütlesi = (6,02x10
23
atom) (
) (
)
= 12 gram
Örnek: Amerikyum elementi doğada kendiliğinden oluşmayan yapay bir elementtir. Parçacık hızlandırıcı verilen
aletlerde çok küçük miktarlarda oluşturulabilmektedir. 6 tane amerikyum atomu içeren örneğin kütlesi kaç
gramdır?(Amerikyum elementinin atom kütlesi 243 akb’dir.)
(6 atom) (
) (
) = 2,42x10
-21
gram
Elementlerin bağıl atom kütlelerinin gram cinsinden ifade edilen miktarlarında Avogadro sayısı kadar
atom bulunur.
1 mol Fe atomu 6,02x10
1 mol O atomu 6,02x10
23
23
1 mol Ag atomu 6,02x10
tane Fe atomu içerir ve 56 gramdır. (Fe elementinin atom kütlesi 56 akb)
tane O atomu içerir ve 16 gramdır. (O elementinin atom kütlesi 16 akb)
23
tane Ag atomu içerir ve 108 gramdır. (Fe elementinin atom kütlesi 108 akb)
Bir tane element atomunun kütlesine, o element atomunun gerçek atom kütlesi denir. Ag elementinin
gerçek atom kütlesi aşağıdaki gibi bulunur.
(1 atom) (
) (
)=
gram
Mol Sayısı ve Atom Sayılarının birbirine dönüştürülmesi:
Bu tip problemlerde, 1 mol atomun 6,02x10
çözülür.
23
tane atom olduğunu ifade eden dönüşümü kullanarak problemler
Problem çözümünde
veya
dönüşümleri kullanılır.
Örnek: 2,5 mol bakır, kaç tane bakır atomu içerir?
Çözüm:
Bakırın mol sayısı
→
Bakırın atom sayısı
Yukarıdaki dönüşüm yapılırsa bakırın atom sayısı bulunur.
2,5 mol Cu x
Mustafa Atalay
= 1,505x10
mustafaatalay.wordpress.com
24
Cu atomu içerir.
Page 2
Örnek: 2,408x10
23
tane gümüş atomu içeren saf gümüş yüzükte gümüşün mol sayısı kaçtır?
Çözüm:
→
Gümüşün atom sayısı
Gümüşün mol sayısı
yukarıdaki dönüşüm yapılarak gümüşün mol sayısı bulunur.
2,408x10
23
Ag atomu x
= 0,4 mol Ag
Kütle ve Mol sayısının birbirine dönüştürülmesi:
Bir elementin 1 mol atomunun kütlesine o elementin mol kütlesi denir. Bir elementin gram/mol cinsinden mol
kütlesinin sayısal değeri, o elementin akb cinsinden atom kütlesinin sayısal değerine eşittir. Örneğin, bakırın atom
kütlesi 63,5 akb ise mol kütlesi 63,5 gram/mol’dür; bir mol Cu atomunun kütlesi 63,5 gramdır.
27 gram aluminyum = 1 mol aluminyum = 6,02x10
12 gram karbon = 1 mol karbon = 6,02x10
23
Al atomu
23
C atomu
23
He atomu
4 gram helyum = 1 mol helyum = 6,02x10
Bir maddenin kütlesi ile mol sayısının birbirine dönüştürülmesi için
Elementin(X) mol kütlesi = 1 mol X
veya
dönüşümleri
veya
kullanılır.
Örnek: 0,264 gram C içeren kurşun kalemdeki C mol sayısı kaçtır?(Kurşun kalemde saf grafitten oluşan C
kullanılır. C = 12 gram/ mol)
Çözüm:
Karbon kütlesi
0,264 gram C x
→
Karbon mol sayısı
= 0,022 mol C
Örnek: 25,4 gram saf bakır plakadaki bakırın(Cu) mol sayısı kaçtır?(Cu = 63,5 gram/mol)
Örnek: 0,5 mol titanyum(Ti) kütlesi kaç gramdır?(Ti = 48 gram/mol)
Yukarıdaki örneklerle artık bir elementin kütlesi bilindiğinde, verilen örnek içerisindeki atom sayısıda kolaylıkla
bulunabilir. Kütle önce mol kütlesi kullanılarak mole dönüştürülür; sonra mol sayısı, Avogadro sayısı kullanılarak
atom sayısına dönüştürülür ve sonuca ulaşılır.
Elementin kütlesi
→
Elementin mol sayısı
→
Elementin atom sayısı
Örnek:11,2 gram Fe örneğindeki Fe atomları sayısı kaçtır? (Fe = 56 gram/mol)
Çözüm:
11,2 gram Fe x
x
= 1,204x10
23
Fe atomu
Örnek: 1,2 karatlık elmas parçasındaki C atomları sayısı kaçtır? (Elmas saf karbon oluşumlarından biridir.
1 karat=0,2 gram, C = 12 gram/mol)
Örnek: 1,204x10
23
Mustafa Atalay
Mg atomunun kütlesi kaç gramdır?(Mg = 24 gram/mol)
mustafaatalay.wordpress.com
Page 3
Bileşiklerde Mol Kavramı ve Formül Kütlesi
Bir element atomunun ortalama atom kütlesine onun atom kütlesi denir. Benzer şekilde, bir bileşiğin molekülünün
(ya da formül biriminin) ortalama kütlesine de bileşiğin formül kütlesi denir. (Molekül kütlesi ya da molekül ağırlığı
da formül kütlesiyle aynı miktarı ifade ediyormuş gibi kullanılabilir.) Bir maddenin formül kütlesi, o maddenin
kimyasal formülünü oluşturan atomların atom kütlelerinin toplamına eşittir.
Formül kütlesi = (
)
(
)
Örneğin, CO2 bileşiğinin formül kütlesi aşağıdaki gibi bulunur.
Formül kütlesi = 1 x 12 akb + 2 x 16 akb
= 44 akb
Örnek: Glikoz(C6H12O6) bileşiğinin formül kütlesini hesaplayınız.( C = 12 akb, H = 1 akb, O = 16 akb)
Formül kütlesi = 6 x 12 akb + 12 x 1 akb + 6 x 16 akb
= 180 akb
Bileşiklerin Mol Kütlesi
Bir bileşiğin mol kütlesi, o bileşiği oluşturan moleküllerin 1 molünün gram cinsinden kütlesidir. Bir bileşiğin mol
kütlesi, o bileşiğin formül kütlesinin sayısal değerinin gram cinsinden sayısal değerine eşittir. Örneğin, CO 2
bileşiğinin formül kütlesi 44 akb olduğuna göre, mol kütlesi de 44 gram/mol’dür.
Mol kütlesi kullanılarak molekül sayısının hesaplanması: 11 gram kuru buz(katı CO2) örneğindeki CO2
molekülleri sayısını hesaplamak için, CO2 kütlesi önce mol cinsinden bulunur ve Avogadro sayısı kullanılarak
molekül sayısı bulunur. Problemin çözümünde aşağıdaki dönüşümler yapılır.
gram CO2
→
→
mol CO2
11 gram CO2 x
x
= 1,505x10
23
CO2 molekül sayısı
CO2 molekülü
Örnek: Bir aspirin tableti 360 miligram asetilsalisilik asit(C9H8O4) içerir. Bir aspirin tabletindeki C9H8O4 molekülleri
sayısı kaçtır? ( C = 12 gram/mol, H = 1 gram/mol, O = 16 gram/mol)
Örnek: 3,01x10
22
H2O molekülünden oluşan örnek kaç gramdır?(H = 1 gram/mol, O = 16 gram/mol)
Bileşiklerde madde bileşimleri: Bir kimyasal formül, bileşiklerin yapısında yer alan elementlerin mol kütleleri
kullanıldığında, maddelerin miktarları konusunda bilgi verebilir. Bir bileşiğin yapısinda yer alan elementlerin
kütlece hangi oranda birleştiğinin belirlenmesi, kütlece yüzde bileşimlerinin bulunması ile olur. Kütlece yüzde
bileşimi ya da elementin kütlece yüzdesi, elementin toplam kütle içerisindeki yüzdesidir. Örneğin, X elementinin
XY bileşiğindeki kütlece yüzdesi aşağıdaki gibi bulunur.
=
Örnek: C2Cl4F2 bileşiğindeki Cl elementinin kütlece yüzde bileşimini bulunuz.
(C = 12 gr/mol, Cl = 35,5 gr/mol, F = 19 gr/mol)
Çözüm:
4 x Cl mol kütlesi = 4 x 35,5 gr/mol = 142 gr/mol
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 4
C2Cl4F2 mol kütlesi = 2 x 12 gr/mol + 4 x 35,5 gr/mol + 2 x 19 gr/mol
= 24 gr/mol + 142 gr/mol + 38 gr/mol = 204 gr/mol
Cl’nin kütlece yüzdesi =
=
= % 69,6
Örnek: Demir(III)oksit(Fe2O3) bileşiği kütlece % 70 Fe içermektedir. 64 gram Fe2O3 bileşiği kaç gram demir içerir?
Kimyasal Formüllerden yararlanarak dönüşüm yapılması: Kimyasal formuller, atomlar ve moleküller
arasındaki dönüştürme işlemleri içinde kullanabilir. Örneğin, CCl 2F2 bileşik formülüne bakıldığında, 1 mol CCl2F2,
2 mol Cl atomu, 2 mol F atomu ve 1 mol C atomu içermektedir. Bu ilişkileri kullanarak kütlece yüzde bileşimi
kullanılmadan da maddelerin içerikleri hakkında bilgilere ulaşılabilir.
Örnek: 24 mol CCl2F2 bileşiği kaç mol Cl atomu içerir?
Çözüm:
CCl2F2 molü
→
Cl mol sayısı
24 mol CCl2F2 x
= 48 mol Cl
Örnek: 24,2 gram CCl2F2 bileşiği kaç gram Cl içerir?(C = 12 gr/mol, Cl = 35,5 gr/mol, F = 19 gr/mol)
Çözüm:
→
gram CCl2F2
CCl2F2 molü
24,2 gram CCl2F2 x
→
x
Cl mol sayısı
x
→
gram Cl
= 14,2 gram Cl
Soru: Suyun molekül formülü H2O’dur. Sadece molekül formülü kullanılarak
I. Hidrojenin oksijene kütlece birleşme oranı 2/1’dir.
II. Hidrojenin oksijene hacimce birleşme oranı 2/1’dir.
III. Hidrojenin oksijene molce birleşme oranı 2/1’dir.
sonucuna ulaşılabilir?(Yanıt: Yalnız III)
Deneysel verilerden kimyasal formül bulunması: Laboratuvarda elde edilen veriler kullanılarak bir bileşiğin
kimyasal formülüne ulaşabiliriz. Bu formül, o bileşiğin içerisinde yer alan elementlerin molce birleşme oranlarını
vereceği için, elde edilen formüle o bileşiğin basit formülü adı verilir. Basit formül, bileşik içerisindeki atomların
basit birleşme oranlarını verir. Bileşiklerin molekül formüllerinin bulunabilmesi için, basit formül bilgilerine ek
olarak, bileşiğin mol kütlesi gibi ek bilgilerine gerek duyulur.
Örnek: Azot ve oksijen elementlerinden oluşmuş bir bileşiğin laboratuvarda bozunması sonucunda 7 gram azot ve
20 gram oksijen elde edilmektedir. Bileşiğin basit formülünü bulunuz.(N = 14 gr/mol, O = 16 gr/mol)
Çözüm:
7 gr N x
N0,5O1,25
Mustafa Atalay
→
= 0, 5 mol N
20 gr O x
= 1,25 mol O
→ N2O5
mustafaatalay.wordpress.com
Page 5
Örnek: Aspirinin laboratuvar analizinde elementlerin kütlece yüzde bileşimleri, C %60, H %4,48 ve O %35,52
bulunmuştur. Buna göre bileşiğin basit formülünü bulunuz. (C = 12 gr/mol, H = 1 gr/mol, O = 16 gr/mol)
Çözüm:60 gr C x
C4,996H4,48O2,22
=4,996 mol C,
4,48 gr H x
→
=4,48 mol H,
35,52 gr x
= 2,22 mol O
→ C2,25H2O1 x 4 → C9H8O4
Örnek: Ibuprofen bileşiği kütlece % 75,69 C, % 8,80 H, % 15,51 O içerdiğine göre bileşiğin basit formülünü
bulunuz.(C = 12 gr/mol, H = 1 gr/mol, O = 16 gr/mol)
Bileşiklerin molekül formüllerinin bulunması: Bir bileşiğin molekül formülünün bulunması için basit formülünün
bilinmesinin yanında, o bileşiğin mol kütlesinin de bilinmesi gerekir. Bir bileşiğin molekül formülü, basit formülünün
n gibi bir tamsayı ile çarpılmasıyla bulunur.
Molekül formülü = Basit formül x n
(n = 1, 2, 3, 4, 5, ….)
Örnek: Basit formülü CH2O olan früktozun(meyve şekeri) mol kütlesi 180 gr/mol olduğuna göre molekül formülünü
bulunuz. (C = 12 gr/mol, H = 1 gr/mol, O = 16 gr/mol)
Çözüm:
Molekül formülü = Basit formül x n
Mol kütlesi = Basit formülün mol kütlesi x n
Molekül formülü = CH2O x n
180 gr/mol = 12 gr/mol + 2x1 gr/mol + 16 gr/mol x n
Molekül formülü = CnH2nOn
n =
=6
Molekül formülü = C6H12O6
Örnek: Basit formülü CH olan bileşiğin mol kütlesi 78 gr/mol olduğuna göre, molekül formülünü bulunuz. (C = 12
gr/mol, H = 1 gr/mol)
Yanma analizi: Bir bileşiğin basit
formülünün bulunabilmesi için
kullanılan yöntemlerden biri de
yanma analizidir. Bu yöntemde,
formülü bilinmeyen madde saf
oksijen varlığında yakılır. Yakılan
örnekte bulunan tüm C, CO2
bileşiğine, tüm H ise H2O bileşiğine
dönüşür. Oluşan CO2 ve H2O
kütleleri ölçülür. Bu kütlelerle CO2
ve H2O bileşiklerindeki analiz
edilen element miktarları
arasındaki ilişkiden yararlanılarak C ve H miktarları bulunur( 1 mol CO 2 bileşiği 1 mol C, 1 mol H2O bileşiği 2 mol
H atomu içerir). Bileşik içerisinde bu elementlerden başka bir element varsa(O,Cl,N gibi), bulunan C ve H
elementlerinin toplam kütlesi baştaki bilrşiğin toplam kütlesinden çıkarılır ve diğer elementin örnek içerisindeki
kütlesi bulunur.
Örnek: Yalnızca C ve H içeren bir bileşiğin yakılmasıyla 0,22 gram CO2 ve 0,108 gram H2O elde ediliyor. Buna
göre bileşiğin basit formülünü bulunuz.(C = 12 gr/mol, H = 1 gr/mol)
Çözüm:
2,2 gr CO2 x
0,05 mol CO2 x
= 0,05 mol CO2
1,08 gr H2O x
= 0,05 mol C
0,06 mol H2O x
C0,05H0,12 →
C1H2,4 x 5
Mustafa Atalay
= 0,06 mol H2O
= 0,12 mol H2O
C1H2,4
→
C5H12
mustafaatalay.wordpress.com
Page 6
Örnek: C, H ve O içeren bir organik bileşiğin 29,6 gramının yanması sonucunda 88 gram CO2, 21,6 gram H2O
elde ediliyor. Buna göre bileşiğin basit formülünü bulunuz. (C = 12 gr/mol, H = 1 gr/mol, O = 16 gr/mol)
Çözüm:
88 gr CO2 x
2 mol CO2 x
2 mol C x
= 2 mol CO2
21,6 gr H2O x
= 1,2 mol H2O
= 2 mol C
1,2 mol H2O x
= 2,4 mol H
= 24 gr C
2,4 mol H x
= 2,4 gr H
Bileşikteki O kütlesi = Bileşiğin toplam kütlesi – ( C kütlesi + H kütlesi)
= 29,6 – (24 + 2,4)
= 3,2 gram O
3,2 gr O x
= 0,2 mol O
C2H2,4O0,2 →
→ C10H12O1 →
C10H12O
Mol-Hacim ilişkisi: Benzer taneciklerin sayıları hacimden yararlanılarak hesaplanabilir. Sıvı ve katı haldeki
maddelerin hacimlerinden faydalanarak ne kadar atom ve ne kadar molekül içerdiklerini hesaplamak için, her katı
ve her sıvı için özel bilgiler gerekir. Gaz halindeki maddelerin hacimleri ölçülürse molekül sayıları kolayca
o
hesaplanabilir. Gazların hacimleri sıcaklığa ve basınca göre değişir. Sıcaklığı 0 C, basıncı 1 atmosfer olan
gazlara, normal koşullardaki gazlar denilir. Tüm gazların 1 molü normal koşullarda 22,4 litre hacim kaplar. Gazın
molekül türü, kaç atomdan oluştuğu önemli değildir. Bir mol gazın hacmine molar hacim denir.
Karışım problemleri: Farklı maddelerle oluşan karışımlarda problemin çözümü verilen değerlerle oluşturulan
denklemlerle çözülür.
Örnek: Eşit mol sayısındaki CH4 ve C2H4 gazları karışımı 0,8 mol olduğuna göre karışım kaç gramdır?(C = 12
g/mol, H = 1 g/mol)
Örnek: NO2 ve C2H6 gazlarından oluşan 1,25 mollük karışım 53,5 gram olduğuna göre, karışımdaki NO 2 gazının
mol sayısının C2H6 mol sayısına oranı kaçtır?
Kimyasal Denklemlerin Yazılması ve Denkleştirilmesi
Yanma analizi yapılırken gerçekleşen olay bir kimyasal tepkimedir. Kimyasal tepkime bir ya da daha fazla
maddenin başka madde ya da maddelere dönüşmesidir. Suyun luşması tepkimesinde hidrojen ve oksijen
birleşirler. Yanma tepkimesi, bir maddenin oksijenle birleşerek oksijen içeren başka maddelere dönüşmesiyle
sonlanan kimyasal tepkime çeşididir. Yanma olayları gerçekleşirken ısı açığa çıkarır.
Kimyasal tepkimeler, kimyasal denklemlerle gösterilirler. Örneğin, CH4 gazının yanması tepkimesi aşağıdaki
denklemle gösterilir.
CH4 + O2
→
CO2 + H2O
Girenler
Ürünler
Denklemin sol tarafında tepkimeye giren maddeler, sağ tarafında ise tepkime sonucunda oluşan ürünler bulunur.
Tepkimede kullanılan maddelerin fiziksel durumlarını, maddelerin sağ tarafında parantez içindeki kıslatmalarla
gösterebiliriz.
CH4(gaz) + O2(gaz)
Mustafa Atalay
→
CO2(gaz) + H2O(gaz)
mustafaatalay.wordpress.com
Page 7
ya da
CH4(g) + O2(g)
→
CO2(g) + H2O(g)
Yukarıdaki denklemin CH4 gazının yanmasını doğru temsil edebilmesi için sol taraftaki ve sağ taraftaki atom
sayılarını eşitlemeliyiz. Denkleme bakılırsa solda iki oksijen atomuna karşılık sağ tarafta 3 tane oksijen atomu
vardır.
CH4(g) + O2(g)
2 O atomu
→
CO2(g) + H2O(g)
2 O atomu + 1 O atomu = 3 O atomu
Tepkime denklemi yazıldığı şekliyle kütlenin korunumu yasasına uymamaktadır. Tepkime yeniden incelendiğinde
H atomları sayısının da denklemin iki tarafında farklı olduğu görülür.
CH4(g) + O2(g)
→
4 H atomu
CO2(g) + H2O(g)
2 H atomu
Denklemde kütlenin korunumunun sağlanması için, kimyasal formüllerin önünde yer alan katsayıların
değiştirilmesi gerekir. Böylece her iki taraftaki atomların sayıları moleküllerin cinsi değiştirilmeden denkleştirilmiş
olur. Denklemin denkleşmesi için H2O katsayısı 2, O2 katsayısı 2 yapılır.
CH4(g) +
2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)
Denklemin denkleştirilmesi tamamlanmıştır. Denklemin her iki tarafındaki atomların sayıları ve türleri korunmuştur.
Denklemin her iki tarafındaki atomların sayılarını eşitliği aşağıdaki gibidir.
CH4(g) + 2 O2(g)
→
CO2(g) + 2 H2O(g)
1 C atomu
1 C atomu
4 H atomu
4 H atomu
4 O atomu
4 O atomu
Örnek:
C2H5OH(s) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) tepkimesini denkleştiriniz.
Çözüm:
C2H5OH(s) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g)
Denklemin her iki tarafını dikkatlice inceleyelim. Sol taraftaki C sayısı 2 olduğuna göre sağ taraftaki CO2
molekülünün önüne 2 katsayısını getirelim.
C2H5OH(s) + O2(g) → 2 CO2(g) + H2O(g)
Denklemin sol tarafında (5+1) = 6 tane hidrojen olduğuna göre sağ taraftaki H sayısının da altı olması için suyun
başına 3 katsayısını getirelim.
C2H5OH(s) + O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(g)
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 8
Sağ taraftaki katsayılar tamamlandığına göre, sağdaki toplam oksijen atomu sayısı (2x2+3x1) = 7 dir. Solda bir
tane oksijen atomu C2H5OH molekülünde olduğuna göre, kalan 6 tane için O2 molekülünün başına 3 katsayısı
getirilerek denklem eşitlenir.
C2H5OH(s) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(g)
Denkleşmiş denklem molekül modeli cinsinden aşağıdaki gibi gösterilir.
Örnek:
(NH4)2Cr2O7(k)
→
Cr2O3(k) + N2(g) + H2O(g)
Çözüm: Denklem incelendiğinde azot ve krom atomlarının denk oldukları görülür. Her iki tarafta da 2 azot atomu
ve iki krom atomu vardır. H atomlarının denkleşmesi için, suyun başına 4 katsayısı yazılır.
(NH4)2Cr2O7(k)
→
Cr2O3(k) + N2(g) + 4 H2O(g)
(4x2) H
(4x2) H
Hidrojenin denkleştirilmesi ile denklemdeki oksijen sayılarının da denkleşmiş olduğu görülür.
2 N, 8 H, 2 Cr, 7 O
Örnek:
NH3(g) + O2(g)
→
2 N, 8 H, 2 Cr, 7 O
→ NO(g) + H2O(g)
denklemini denkleştiriniz.
Yanıt:
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 9
Örnek: Aşağıda verilen tepkime denklemlerini denkleştiriniz.
a)
Co2O3(k) + C(k) →
Co(k) + CO2(g)
b)
C4H10(g) + O2(g)
c)
SiO2(k) + C(s)
d)
Cr(k) + Cl2(g) → CrCl3(k)
e)
As2O3(k) + H2(g) → As(k) + H2O(s)
→
→
CO2(g) + H2O(g)
SiC(k) + CO(g)
Kimyasal Tepkime Hesaplamaları: Bir kimyasal tepkime denklemindeki katsayılar, tepkimedeki maddelerin
molleri arasındaki ilişkiyi gösterir. Örneğin, Bir fosil yakıt olan oktanın(C 8H18) denkleştirilmiş yanma denklemini
inceleyelim.
2 C8H18(s) + 25 O2(g)
→
16 CO2(g) + 18 H2O(g)
Tepkimede iki molekül oktanın yeterince oksijenle tepkimesi sonucunda 16 CO2 molekülü elde edilir. Başka bir
deyişle, her 2 mol oktanın yakılmasıyla 16 mol CO2 elde edilir. 22 mol oktanın yanmasıyla elde edilecek CO2
miktarı ise,
x
= 176 mol CO2
olur. 22 mol oktanın yeterli
oksijenle yakılması sonucunda atmosfere 176 mol CO2 gazı verilir.
Kütle-kütle dönüşümleri:
Örnek:
2 C8H18(s) + 25 O2(g)
→
16 CO2(g) + 18 H2O(g)
15
2007 yılında dünyanın yakıt olarak tükettiği oktan kütlesi 3,5x10 gramdır. Yukarıdaki gibi gerçekleşen bu tüketim
sonucunda atmosfere salınan CO2 kütlesi kaç gramdır? (C = 12 gr/mol, H = 1 gr/mol, O = 16 gr/mol)
Çözüm:
C8H18 kütlesi
3,5x10
Örnek:
15
→
C8H18 molü
gr C8H18 x
x
Mg(OH)2(suda) + 2 HCl(suda)
→
→
CO2 molü
x
→
= 1,08x10
CO2 kütlesi
16
gr CO2
2 H2O(s) + MgCl2(suda)
Yukarıda verilen tepkime denklemine göre, 3,4 gr Mg(OH)2 bileşiğinin nötrleşebilmesi için tepkimede
kullanılması gereken HCl kütlesi kaç gramdır?(H = 1 gr/mol, O = 16 gr/mol, Mg = 24 gr/mol, Cl = 35,5 gr/mol)
Örnek: Bir evin elektrik kullanımı sırasında bir yılda ürettiği ve atmosfere bıraktığı NO 2 kütlesi 13,8 kg’dır. Oluşan
NO2 havada oksijen ve su ile etkileştiğinde, aşağıdaki tepkime denklemine göre, asit yağmurlarının
bileşenlerinden biri olan HNO3 elde edilir.
4 NO2(g) + O2(g) + 2 H2O(s)
→
4 HNO3(suda)
Buna göre bir yılda oluşan HNO3 kütlesi kaç kg olur?(H = 1 gr/mol, N = 14 gr/mol, O = 16 gr/mol)
Örnek: Belirli koşullarda sodyum(Na) elementi oksijen ile aşağıdaki denkleme göre tepkimeye girerek Na 2O
oluşturur.
4 Na(k) + O2
→
2 Na2O(k)
Yandaki kapta bulunan oksijen moleküllerinin tamamen kullanılabilmesi gerekli olan Na
miktarı aşağıdaki kaplardan hangisinde doğru verilmiştir?
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 10
Artan Madde Hesaplamaları: Bir kimyasal tepkimede tamamı kullanılan; oluşan ürünün maksimum miktarını
belirleyen maddeye biten madde denir. Kimyasal tepkime sırasında gerekenden fazla miktarda bulunan; tepkime
sırasında fazlası kullanılmadan kalan maddeye artan madde denir. Tepkimede biten maddeye göre oluşacak
ürün miktarına, teorik(hesaplanan) verim adı verilir. Tepkimede gerçekte elde edilen miktara ise gerçek(ölçülen)
verim adı verilir. Tepkimenin yüzde verimi ise aşağıdaki denklemle hesaplanır.
Yüzde verim =
Örnek: Yukarıdaki tanımları kullanarak bir kimyasal tepkimedeki biten maddeyi, artan maddeyi nasıl
hesaplayacağımızı aşağıdaki tepkimeye göre inceleyelim.
CH4(g) + 2 O2(g)
→ CO2(g) + 2 H2O(s)
Yukarıdaki tepkime denklemine göre, 5 CH4 molekülü ve 8 O2 molekülü ile başlayan tepkimede kaç tane CO2
molekülü elde edilecek, hangi madde bitecek, hangi madde artacaktır?
Önce CH4 moleküllerinin tamamını kullandığımızda elde edebileceğimiz CO2 molekülleri sayısını hesaplayalım.
5 CH4 molekülü x
= 5 CO2 molekülü
Daha sonra 8 O2 molekülünden elde edebileceğimiz CO2 moleküllerini hesaplayalım.
8 O2 molekülü x
= 4 CO2 molekülü
Yapılan hesaplamalar elimizdeki CH4 molekülleriyle 5 CO2 molekülü, O2 molekülleriyle 4 CO2 molekülü
oluşturabileceğimizi göstermektedir. Bu durumda elde edebileceğimiz CO 2 molekülleri sayısının 4 olduğunu
görürüz. Yani ürün miktarını belirleyen ve tepkimede biten madde O 2 olur. CH4 moleküllerinden bir tanesi artar.
Biten maddeyi hesaplamanın alternatif bir yolu daha vardır. Birinci maddenin oluşturacağı ürün miktarını
bulduktan sonra, oluşacak bu miktar için ikinci maddeden ne kadar gerekeceği hesaplanır. Örneğimizde, 5 CH 4
molekülünden 5 CO2 molekülü oluşuyordu. Oluşan 5 CO2 için gereken O2 miktarı hesaplandığında,
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 11
= 10 O2 molekülü
5 CO2 x
ya da
5 CH4 molekülü x
= 10 O2 molekülü
Tepkimede 5 CH4 molekülünün tamamının kullanılması için 10 O2 molekülü gerekmektedir. Elimizde yeterli O2
bulunmadığı için oksijenin tepkimede tamamen kullanıldığını ve biten madde olduğunu söyleyebiliriz.
Laboratuvar çalışmalarında taneciklerin molekül sayılarıyla hesap yapamayacağımız için biten ve artan
maddelerin belirlenmesinde, mol sayılarını kullanmamız gerekir.
Örnek:
2 Mg(k) + O2(g)
→
2 MgO(k)
Yukarıdaki tepkime için 48 gram Mg ve 16 gram O2 kullanılarak başlatılan tepkimede biten maddeyi bulunuz.
Tepkime sonucunda yapılan ölçümlerde elde edilen MgO kütlesi 32 gram olduğuna göre tepkimenin yüzde verimi
kaç olur? (Mg = 24 gr/mol, O = 16 gr/mol)
Çözüm:
→
g Mg
→
mol Mg
mol MgO
(
→
g O2
→
mol O2
)
mol MgO
→
g MgO
mol MgO
Yukarıdaki plana göre soruyu çözelim.
48 g Mg x
x
= 2 mol MgO
(
16 g O2 x
x
)
1 mol MgO x
= 40 g MgO
= 1 mol MgO
Tepkime sonucunda teorik verimin 40 gram MgO olduğu görülür. Tepkime sonucunda elde edilen gerçek verim 32
gram olduğuna göre tepkimenin % verimi
Yüzde verim =
= % 80
Örnek:
2 NO(g) + 5 H2(g) →
2 NH3(g) + 2 H2O(g)
Yukarıdaki tepkime denklemine göre, 90 gram NO ve 24 gram H 2 ile başlatılan tam verimli tepkimede üretilecek
amonyak(NH3) kaç gram olur?(N = 14 g/mol, H = 1 g/mol, O = 16 g/mol)
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 12
Örnek:
3 H2(g) + N2(g)
→
2 NH3(g)
Yukarıdaki tepkime denklemine göre, 6 kg H2 ve 42 kg N2 ile başlatılan tam verimli tepkimede üretilecek NH3 kaç
kg olur?(N = 14 g/mol, H = 1 g/mol)
Örnek:
TiO2(k) + 2 C(k)
→
Ti(k) + 2 CO(g)
Yukarıdaki tepkime denklemine göre, 24 kg C ve 88 kg TiO2 ile başlatılan tam verimli tepkimede üretilecek Ti kaç
kg olur? Tepkimede biten madde hangisidir?(C = 12 g/mol, O = 16 g/mol, Ti = 48 g/mol)
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 13