KİMYANIN TEMEL YASALARI

Kütlenin Korunumu Yasası

Lavoisier 1789 yılında yanma olayının havanın oksijeni ile birleşmenin bir sonucu olduğunu göstermiştir. Lavoisier, yanma ile ilgili deneylerini kapalı bir kapta gerçekleştirerek, kabın toplam kütlesinin, tepkimenin başlangıcında ve sonunda aynı olduğunu göstermiştir.

Fiziksel ve kimyasal olayların tamamında başlangıçtaki toplam kütle, sonuçtaki toplam kütleye eşit olmak durumundadır. Bu durum fiziksel ve kimyasal olaylarda kütlenin korunumu yasası olarak ifade edilmektedir.

Fe + S → FeS 

14 gr 8 gr 22 gr 

Yukarıdaki örnekte görüldüğü gibi, Demir(Fe) ile Kükürt(S) arasında gerçekleşen bir kimyasal tepkimede 14 gram demir ile 8 gram kükürt birleşerek 22 gram demir sülfür(FeS) bileşiği oluşturmaktadır. Tepkime üncesi ve sonrası kap içerisindeki toplam kütle 22 gramdır ve korunmuştur. Öyleyse 44 gram FeS için kullanılması gereken Fe kütlesi 28 gram, S kütlesi ise 16 gram olacaktır. Bu durumda da başlangıçtaki ve sonuçtaki kütlenin aynı olduğu görülecektir.

Dalton Atom Modeli

Sabit oranlar yasası ve kütlenin korunumu yasası ilk atom modeli için bilimsel dayanak oluşturmuşlardır. Çünkü deneylerle desteklenmişlerdir. Bu çalışmalar sırasında bilim adamları şu sorulara da yanıt aramışlardır: " Bu yasalar ışığında maddenin doğası ile ilgili doğru olan nedir?, başka bir deyişle madde neden yapılmıştır?". 19. yüzyılın başlarında İlk bilimsel atom kuramını 1808 yılında İngiliz bilim insanı John Dalton(1766-1844) oluşturmuştur. Kütlenin korunumu yasası ve sabit oranlar yasasından yola çıkarak, eğer atom varsa, belirli özelliklerinin bu yasalara uyması gerekir düşüncesinden yola çıkmış, yunanlıların atom tanımını da kullanarak, Dalton Atom Modeli'ni oluşturmuş ve aşağıdaki sonuçlara ulaşmıştır.

1. Elementler atom adı verilen ve bölünemeyen içi dolu küreciklerden oluşurlar.
2. Bir elementin bütün atomları şekil, büyüklük ve kütle bakımından aynıdır.
3. Farklı elementlerin atomları, şekil, büyüklük ve kütle bakımından farklı olmalıdır..
4. Bileşikler oluşurken farklı element atomlarının birleşmesiyle oluşurlar. Kimyasal tepkimeler, atomların birleşmesi, ayrılması ya da kendileri arasında yeniden düzenlenmesiyle oluşur. Bir bileşiği oluşturan element atomlarının birleşme oranı sabittir.
5. Atomlar bölünemez. Atomlar kimyasal tepkimeye girdiklerinde, yeni bir düzende biraraya gelirler.

Dalton'dan sonra atom ile ilgili çalışmalar süregelmiş, atomun görülüp görülemeyeceği üzerine çalışılmıştır. Çeşitli optik aletlerle yapılan çalışmalarda, atomun görülebilir olup olmadığı araştırıılmış ancak bir sonuca ulaşılamamıştır. Yakın zamanlarda, bilim insanları belirli bir çözünürlükte katı maddelerin yüzeylerinin haritasını çıkarabilen duyarlı aletler geliştirmişlerdir. 1980 yılında Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer geliştirdikleri bir tünel tarama mikroskopuyla, 1986 yılında Nobel Fizik ödülünü kazanmışlardır. Bu aletle metal yüzeylerini tarayarak atomların görüntülerini, bilgisayarda elde ettikleri verileri işleyerek, elde etmeyi başarmışlardır.

Mor renkli tanecikleirn herbiri bir silikon atomunu göstermektedir.

Farklı elementlerin atomlarının boyutları farklıdır. Bu nedenle, atomları sembolize ederken farklı boyuttaki küresel şekiller kullanılabilir. Böylece atomların boyutlarının farklı olabileceği gerçeği de vurgulanmış olur. Yanda farklı element atomlarının boyutları farklı ranklerle sembolize edilmiştir. Örneğin, şekildeki veriler incelenirse Klor(Cl) atomunun boyutunun Oksijen(O)atomunun boyutundan büyük olduğu gözlenebilir. 

Molekül

Atomlar birleşerek farklı yapılara sahip daha karmaşık maddeler oluştururlar. İki ya da daha fazla atomun birleşerek oluşturduğu bu yapıya molekül denir. Çok fazla sayıda bileşik ve pek çok element doğada moleküller halinde bulunurlar.

Yukarıdaki gibi atomların şekillerini kullanarak modeller oluşturabileceğimiz gibi, yeterli bilgi ile, atomların nasıl kimyasal bağ oluşturduklarını gösterebileceğimiz yapısal formülleri de oluşturabiliriz.

Moleküllerin üç boyutlu gösterimleri çeşitli şekillerde olabilir. Aşağıda top-çubuk modeli, boşluk doldurma modeli adını verdiğimiz modellerden örnekler verilmiştir.

Bir formüldeki atom sayısının hesaplanması

Bir kimyasal formülün yapısında yer alan atomların sayısı belki de daha önce çok fazla yaptığınız bir çalışma olduğu için kısaca iki örnekle açıklanacaktır.

Örnek: (CH3)3COH formülünde yer alan atomların toplam sayısını hesaplayalım. Çözüm: Formül yapısı incelendiğinde CH3 yapısının formülde 3 kez tekrarlandığı görülür. Bu durumda açılım yapılarak atomlar sayılırsa 1 moleküldeki toplam atom sayısının 15 olduğu görülür.

Atomlar, Moleküller ve Sabit Oranlar Yasası

Dalton atom modeline göre, bir bileşiğin tüm molekülleri farklı element atomlarının belirli bir oranda birleşmesiyle oluşmuşlardır. Bu durumda tüm moleküllerde atomların oranı aynı olmalıdır. Su molekülleri incelendiğinde, her molekülün iki hidrojen atomuna karşılık, bir oksijen atomu içerdiği görülür. Bugün, oksijen atomunun, hidrojen atomundan daha ağır olduğu bilinmektedir. Bir tane oksijen atomunun ağırlığı, bir tane hidrojen atomunun kütlesinin 16 katıdır. H ve O atomlarının kütlesinin ne olduğunu bilmeden de bu oranı bulabiliyoruz. Burada bir H atomunun 1 birim kütleye sahip olduğunu söylersek, 1 O atomunun kütlesinin 16 birim kütleye sahip olduğunu ifade edebiliriz. Böylece bir oksijen atomu bir hidrojen atomundan 16 kat daha ağır olacaktır. Bir su molekülü 2 hidrojen atomu ve bir oksijen atomunun birleşmesinden oluştuğuna göre, su molekülündeki oksijen atomunun kütlesinin(16 birim kütle), hidrojen atomlarının kütlesine (2 birim kütle) oranının 8 olduğu görülecektir. Su moleküllerinden 5 tane alındığında da oran (5x16 birim kütle/10x1 birim kütle) 8 çıkacaktır. Bu durumda molekül sayısına bakılmaksızın, sudaki oksijen kütlesinin hidrojen kütlesine oranının her zaman 8 olduğu ortaya çıkar. Başka bir deyişle, sudaki sabit kütle oranı(oksijen kütlesi/hidrojen kütlesi) 8'dir. Bileşiklerdeki bu oranı açıklayan yasaya da sabit oranlar yasası denir.

Katlı Oranlar Yasası

Dalton'un atom modelini oluştururken sağladığı asıl başarı, daha önce bulunmamış olan katlı oranlar yasasını açıklamış olmasıdır. Bu yasa iki elementin biraraya gelerek farklı bileşikler oluşturmasını açıklamaktadır. İki element biraraya gelerek birden farklı bileşik oluşturuyorlarsa, elementlerden birinin her iki bileşikteki eşit miktarlarıyla birleşen diğer elementin bu iki bileşikteki miktarları arasında, tam sayılarla ifade edilebilen(1'den farklı) bir oran vardır. Bu orana katlı oran, yasaya da katlı oranlar yasası denir.

Katlı oranlar yasasını daha iyi açıklayabilmek için yandaki şekilde verilmiş olan kükürt ve oksijen elementleri arasında oluşan kükürt dioksit(SO2) ve kükürt trioksit(SO3) bileşiklerindeki durumu inceleyelim. Bu maddelerin birer molekülünde birer tane kükürt atomu vardır. Bu durumda ker iki molekülde de kükürt aynı alınırsa, oksijen atomları sayısının SO2 molekülünde 2 tane, SO3 molekülünde ise 3 tane olduğu görülür. O halde, kükürtün aynı miktarıyla birleşen iki bileşikteki oksijenlerin oranı 2/3'tür.

Bu içerik 9.Sınıf Kimya Dersinin, Atom ve Periyodik Sistem Ünitesinin, Kimyanın Temel Yasaları konusu için yardımcı materyal olarak hazırlanmıştır.