Kimyanın Bilim Olma Süreci Deneysel Ölçümlerin Yorumu İle Başlar

Kimyanın bilim olma süreci deneysel ölçümlerin yorumu ile başlar

Kimyanın bilim olma süreci deneysel ölçümlerin yorumuyla başlar Önceki bölümde gördüğümüz simyacılar bilimsel çalışma yerine rastgele çalışmışlardır Bilim olma sürecine geçilmesi yasaların, kuralların ortaya konulmasıyla gerçekleşmiştir Bu bölümde Kimyasal kanunların (Kütlenin Korunumu Kanunu, Sabit Oranlar Kanunu, Katlı Oranlar Kanunu, Birleşen Hacim Oranları Kanunu, Avogadro Hipotezi ) bulunuşu ve uygulamaları ile ilgili çalışmaları göreceğizBu temel kimyasal kanunlar ortaya konulduktan sonra kimyanın gelişimi hızlanmıştır



Kimyayı simyadan ayıran en önemli özelliklerden birisi ölçmeye dayalı olmasıdır Deneysel sonuçların ölçülmesi ve yorumlanması kimyanın temel kanunlarının ortaya çıkmasına neden olmuş ve kimyada bilimsel süreç böylece başlamıştır Bilimsel sürecin başlangıcı ve gelişimine katkı sağlayan kimya kanunlarını birlikte anlamaya çalışalım

*Kütlenin Korunumu Kanunu*

Kimyasal tepkimelerde kütle korunurmu? Tepkimeye katılan maddelerin kütlelerini toplarsak ürün olarak oluşan maddelerin kütlesine ulaşabilir miyiz? Bu sorulara aşağıdaki etkinlikle cevap arayalım

ETKİNLİK 12

Yaptığımız etkinlikteki deneylere benzer tarzda deneyler yapan Antoine Lavoisier deneylerinden birinde ………

Lavoiser’i unutulmaz yapan özelliği nesnelerin kimyasal değişimlerini ölçmede gösterdiği olağanüstü duyarlılıktı

Bu özelliği ona Kütlenin Korunumu Kanununu ortaya koyma olanağı sağlamıştır

Lavoier kimi kez kendi adıylada anılan bu ilkeyi şöyle dile getirmiştir :

‘’Doğanın tüm işleyişlerinde hiçbir şey yoktan var olmaz Tüm dönüşümlerde maddenin miktarı aynı kalır’’

Maddenin yapısındaki değişmeler kimyasal değişmeler olarak adlandırılır

Kimyasal değişmede değişim öncesinde maddelerin kütleleri toplamı, değişim sonrasındaki maddelerin kütleleri toplamına eşit olmalıdır

Ağzı açık Cam balon + Mg şerit = 10 gr İSE Ağzı açık Cam balon + beyaz kül › 10 gr

OLDUĞU GÖRÜLÜYOR

Magnezyum şerit (metali) + Oksijen gazı → Bileşik ( Magnezyum Oksit )

24 gr 16 gr 40 gr

3 gr 2 gr 5 gr

Demir + Kükürt → Bileşik ( Demir Sülfür )

7 gr 4 gr 11 gr

( 56 gr) ( 32 gr) ( 88 gr)

10 gr 4 gr ? gr

MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O

87 g ? g 106 g 71 g 36 g

* Sabit Oranlar Kanunu*

Etkinlik 12 de 7 g Demir ile 4 g Kükürt aldığımızda 11 g Ürün (Bileşik ) elde etmiştik Acaba 10 g Demir 4 g Kükürt kullansaydık 14 g Bileşik elde edermiydik?

ETKİNLİK 13

Yukarıdaki etkinliktekine benzer deneyler yapan Fransız kimyacı Proust hep aynı miktar bakırın, sülfürik asit ya da nitrik asitle çözüp sonrada Soda (Na2CO3 ) veya potas ( K2CO3 ) ile etkileştirdiğinde, daima aynı kütlede ürün elde etmiştir

Proust bunu, elementler ancak belirli kütle oranlarında birleşerek bileşikleri oluşturabilirler şeklinde açıklamıştır Örneğin, 1 g Hidrojen ile 8 g Oksijen birleşerek 9 g Su bileşiği oluşturur

Etkinlik 13 te inceleyeceğiniz gibi bir bileşiğin bütün örnekleri aynı bileşime sahiptir Buna göre bileşiği oluşturan elementler kütlece sabit bir oranda birleşirler, Buna sabit oranlar kanunu denir

Sabit oranlar kanunu,1807’de Dalton atom teorisini ortaya atmadan önce genel olarak tayin edilmiş ve teorinin mevcut deneylerle uygunluğu onun başarısına ve kabulünün çabuklaşmasına sebep olmuştur Bununla beraber, Sabit Oranlar Kanunu atomik teorinin doğruluğuna kanıt oluşturmaz Atomik teoriyle Sabit Oranlar Kanunu arasındaki uygunluk daha eleştirici bir deyişle şöyle belirtilebilir

Eğer atomlar varsa ve bu atomlar arasında bazı özel yollarla bileşik meydana geliyorsa belli bir bileşiğin bütün moleküllerinde aynı sayıda atom olması beklenmelidir Ayrıca eğer belli bir elementin bütün atomları aynı kütlede iseler bir bileşiğin kütlece birleşimininde sabit olması gerekir

Hidrojen + Oksijen → Su

1 gr 8 gr → 9 gr

Soru : CaBr2 bileşiğindeki elementlerin Ca / Br sabit oranı nedir? ( Ca = 40 g Br = 80 g )

Ca + Br2 → CaBr2

Kütle oranı = Ca / Br = 1*Ca / 2*Br = 1*40 / 2*80 = 40 / 160 = 1 / 4

Buna göre ; Bir maddenin kütlesinin, diğer maddenin kütlesine oranı sabittir

Ayrıca ; Bir bileşikteki elementlerin kütlece Yüzde’leride sabittir

VE

Elementin Kütlece Yüzdesi = Bileşikteki Elementin Kütlesi * 100 İLE

% = Bileşiğin Toplam Kütlesi HESAPLANIR

Katlı Oranlar Kanunu*

Aynı elementlerin bir araya gelmesiyle hep aynı tür bileşikmi oluşur? Su (H2O) ile Hidrojen peroksit (H2O2) aynı elementlerden meydana geldiği halde çok farklı özelliklere sahiptirNeden?

ETKİNLİK 14

Dalton hidrojen ve oksijen gibi elementlerin farklı özellikler göstermesinin,ancak hidrojen atomlarının oksijen atomları ile aynı olmadığını varsayarak açıklanabileceğini biliyordu

Dalton’a gör,bir bileşik oluşturabilmek için belli elementlerin belirli sayıda atomlarına gereksinim vardırBu fikir,Fransız kimyacı Joseph Proust’un 1799 yılında yayınladığı Sabit oranlar Kanunu’nun uzantısıdır

Dalton’un Atom Teorisi Katlı Oranlar Kanununu desteler (Dalton’un üçüncü görüşü)Bu kanuna göre iki element birden fazla bileşik oluşturmak üzere birleşirlerse, bir elementin belli bir kütlesi ile birleşen diğer elementin farklı kütleleri arasında küçük tam sayılı bir oran vardır Dalton atom teorisi, katlı oranlar kanunu basit bir şekilde açıklarÖrneğin karbon,oksijen ile 2 tane kararlı bileşik oluştururbunlar karbon monoksit ve karnon dioksittirModern ölçüm teknikleri,karbon monoksitte bir karbon atomu ile bir oksijen atomunun, Karbon dioksitte ise bir karbon atomu ile iki oksijen atomunun birleşmiş olduğunu gösterir Buna göre karbon monoksitteki oksijenin karbon dioksitteki oksijene oranı 1/2dir Bu sonuç Katlı Oranlar Kanunu ile uyum içindedir, çünkü bir bileşikteki belli bir elementin kütlesi o elementin atom sayısı ile orantılıdırÖrneğin FeO (Demir II Oksit ) bileşiğinde 56 g Demirle 16 g Oksijen, Fe2O3 (Demir III Oksit) bileşiğinde 56 g Demirle 24 g Oksijen birleşmektedirHer iki bileşikteki demir miktarları aynıdır Oksijen miktarları arasındaki oran ( katlı oran ) ise

16 / 24 = 2 / 3 tür Yapılan etkinliklerdeki katlı oranları belirtiniz

Dalton’un maddenin doğasına ilişkin zekice önsezisi 19yüzyılda kimyanın hızla gelişmesinde en önemli itici güç olmuştur

Birlesen Hacim Oranları*

Daltona göre eğer 2 element birbirleriyleyalnızca bir birleşirk verecekşekilde birleşiyorsa bu bileşiğn bir molekülünde herbir elementten birer atom bulunur

1805 yıllarında hidrojen ve oksijenden meydana gelen bileşik olarak yalnıca su biliniyordu Bu yüzden yukarıdaki açıklamaya göre suyun formülü HO olarak düşünülmüştür Ayrıca 1 gram hidrojenin 8 gram oksijenle birleşerek su oluşturduğu biliniyordu

1808’de Gay-Lussac’ın yayınladığı çalışmalar molekül kavramına açıklık getirmiştir Gay Lussac gaz tepkimelerini inceleyerek aynı sıcaklık ve basınç koşullarında ölçülen birbiriyle bileşen gaz hacimlerinin orantılı olduğunu göstermiştir Örneğin,karbon ile oksijen arasında aşağıdaki gibi iki tepkime gerçekleşir

şekil

Bu tepkimede harcanan oksijen gazlarının hacimleri arasındaki oran 1/2dir Buradan da anlaşılacağı gibi tepkimeye giren gazların hacimleri ile ilgili katlı oranlar kanununa benzer bir kanun ortaya çıkmaktadır Gay-Lussac başka çalışmalardan

N2O, NO ve NO2 bileşiklerinde bir hacim Oksijene karşılık sırasıyla 2, 1 ve ½ hacim Azot bulunduğunu göstermiştir Gay-Lussac bu durumu Dalton un atom teorisine bir destek olarak düşünmüştür

Dalton, Gay-Lussac ın gözlemleri doğruysa bunu aynı koşullarda eşit hacimli gazlarda eşit sayıda ( ya da tam katı kadar ) tanecik (molekül ) bulunması demek olacağını gördü Ancak bu düşünceyi suyun oluşumundaki verileri ve kimyasal tepkimeyi yalnızca bir atomu diğer atomla birleşmesi olarak kabul ettiğinden reddetti Dalton suyun oluşum tepkimesini H + O HO şeklinde düşünmekteydi

Avagadro Hipotezi

Avagadro’nun ‘’eşit hacimler- eşit sayılar’’ kuramı 2 farklı şekilde ifade edilebilir

1-Aynı sıcaklık ve basınçda farklı gazların eşit hacimleri eşit sayıda atom veya molekül içerir

2- Aynı sıcaklık ve basınçta, farklı gazların eşit sayıdaki molekülleri eşit hacim kaplar