Kütlenin Korunumu

Konu Anlatımı

Bu derste ne öğreneceğiz?

Bu derste Kütlenin Korunumu konusunu gözlemden çıkarıma doğru kuracağız. Önce ne olduğunu göreceğiz, sonra neden böyle olduğunu açıklayacağız.

Dersten sonra şunları yapabiliyor olmanız gerekiyor:

• Kazanım 1: Kütle korunumu kanununu tanımlar ve kimin ortaya attığını söyler.
• Kazanım 2: Kapalı sistem ve sistem sınırı kavramını açıklar.
• Kazanım 3: Denklemde her iki taraftaki atom sayılarını denetleyerek kütle korunumunu gösterir.
• Kazanım 4: Atom kütleleriyle tepkimelerde kütle hesaplar ve sonucu denetler.
• Kazanım 5: Gaz çıkışının ölçülen kütleyi nasıl etkilediğini açıklar.
• Kazanım 6: Günlük hayattan kütle korunumunu gösteren örnekler verir.

Ön bilgi: bundan önce gördüğümüz

Bu konunun dayandığı temel Asitler ve Bazlar başlığıdır. Asitler ve Bazlar konusunda kazanılan bilgiyi burada yeniden kullanacağız, bu yüzden o konudaki tanım ve çıkarımları hatırlamak işimizi kolaylaştırır.

• Asitler ve Bazlar — bağlantı: bu derste yeniden karşımıza çıkacak konu.
• Kimyasal Tepkimeler — bu derste kullandığımız temel kavram buradan geliyor.

1. Kütle Korunumu Kanunu

Kimyasal tepkimelerde madde miktarı korunur; yani tepkime başlamadan önce toplam kütlenin ne ise tepkime bittikten sonra da o olduğu söylenir. Bu sonucu ortaya koyan bilim insanı Antoine Lavoisierdir. Kanuna göre tepkimede hiçbir madde oluşmaz ya da yok olmaz; yalnızca maddelerin kimliği değişir.

Kanunun dayanağı, denklemde her iki taraftaki atom sayılarının eşit olmasıdır. Atom türü ve sayısı korunduğu için toplam kütle de korunur.

2. Kapalı Sistem Kavramı

Maddenin dışarı girip çıkamadığı sınırlı ortama kapalı sistem denir. Kütle korunumunu deneyle göstermek için tepkimenin kapalı bir kapta yapılması gerekir. Kapaklı bir kaba konan maddelerin toplam kütlesi tepkime sonrası değişmez. Buna karşılık açık kaptan buharlaşan su, kaçan gaz gibi durumlarda madde sistem sınırını aşar ve ölçülen kütle azalır; hâlbuki madde korunmuştur.

3. Denklemde Kütle Denetimi

Bir denklemde kütleleri denetlemek için önce atom sayıları kontrol edilir, sonra atom kütleleri kullanılır. Sık kullanılan atom kütleleri şunlardır: H = 1, C = 12, N = 14, O = 16, Na = 23, Cl = 35,5, S = 32, K = 39, Ca = 40, Fe = 56, Cu = 64, Zn = 65.

Her satırda iki tarafın kütlesi eşittir. Görüldüğü gibi ürünlerin toplam kütlesi her zaman tepkimeye giren maddelerin toplam kütlesine eşittir.

4. Gaz Çıkışı ve Kütle

Karbondioksit, hidrojen ya da oksijen gibi gazlar tepkimede oluşabilir. Kapalı kaptan gaz çıksa bile gaz içeride kalır ve toplam kütle değişmez. Açık kaptaysa gaz dışarı kaçar ve tartılan kütle azalır; bu durum kanuna aykırı değil, yalnızca ölçüm yanlış yerde alınmıştır. Bu yüzden kütle korunumu deneyleri daima kapalı kapta yapılır.

5. Günlük Hayattan Örnekler

• Kapalı kaba konan tüm malzemelerin toplam kütlesi, tepkime ya da karışma sonrası değişmez.
• Yanan mumun külü ve havayı da hesaba kattığımızda toplam kütyle uyan bir miktar korunur.
• Sütü şekerle karıştırmak bir kimyasal değişim olmasa da toplam kütle korunur.
• Kireç taşının ısıtılmasında katı küçülür ama kazanın kütlesi değişmez; kalan fark gaz olarak dışarı çıkmıştır.
• Kütle korunumu, denklem denetimi ve sınıf çalışmalarında sayısal sonuçların doğrulanmasında sıkça kullanılır.

Özet Kimyasal tepkimelerde madde miktarı korunur; tepkime sonrası toplam kütle tepkime öncesine eşittir. Bu sonucu ortaya koyan Antoine Lavoisier'dir. Kanunun temel dayanağı, denklemde her iki taraftaki atom sayılarının eşit olmasıdır. Kütle korunumunu deneyle görmek için tepkime kapalı sistemde, yani maddelerin dışarı çıkamadığı bir kapta yapılmalıdır. Atom kütleleri kullanılarak hesaplandığında ürünlerin toplam kütlesi tepkime maddelerinin toplam kütlesine eşit çıkar. Açık kaptan kaçan gaz ya da buharlaşan su ölçülen kütleyi azaltır, ancak madde korunmuştur; bu yüzden sistem sınırı önemlidir.

Sık Yapılan Hatalar Denklemde atom sayılarını denetlemeden kütleyi doğru saymak; gaz çıkışını görünce kanun bozulduğunu düşünmek; kazanın ağırlığıyla yalnız katı kütlesini karşılaştırmak; açık kapta yapılan deneydeki azalmayı hata saymak; denklemde katsayıları gözden geçirmeden hesap yapmak; element kütlesi yerine element sayısını kullanmak.

Günlük hayattan bir uygulama

Konuyu pekiştirmek için günlük hayattan bir uygulamaya bakmak gerekir. Aşağıdaki görev, Kütlenin Korunumu bilgisini gerçek bir işin içinde kullandırmak için hazırlandı; çözerken hangi adımı nerede kullandığımızı not etmek faydalıdır.

Uygulama sorusu: Kütle korunumunu göstermek için kapalı kapta bir tepkime tasarlayın; aldığınız ölçüm sonuçlarını nasıl yorumlarsınız?

Bu görev için 25 puan dağıtılmıştır; puanlama anahtarı, cevabın hangi adımlarla gösterilmesi gerektiğini ayrıntılı biçimde söyler. Puanlamada işlem sırasının ve sonuç cümlenin ayrı ayrı sayıldığına dikkat et.

Yararlı ipuçları

• Kütle hesabı yapmadan önce denklemin dengeli olduğundan emin olun; katsayılara dikkat edin.
• Gaz çıkan tepkimelerde önce çıkış gazının kütlesini bulun, sonra kalan katıyı toplamdan çıkarın.
• Kütle denetiminde sağ ve sol tarafı ayrı ayrı hesaplayıp karşılaştırmak hataları hemen yakalar.
• Atom kütlelerini (H 1, C 12, O 16, Ca 40, Fe 56, Cu 64, Zn 65, Cl 35,5) not etmeyi unutmayın.
• Kütle korunumu deneylerinde teraziyi tartılan kabın altına yerleştirerek tartım hatasını azaltın.

Adım adım çözülmüş örnekler

İki örnek üzerinde çalışacağız. İlk örnek kuralın temel kullanımını, ikinci örnek ise kuralın zorlayıcı bir durumunu gösterir. Adımları kendin yazmayı dene; ikinci adımda nerede durduğunu görmek, sınavda zaman kazanır.

Örnek 1: Karbonun Yanmasında Kütle

Soru: 12 gram karbonun yeterli oksijenle tamamen yandığı düşünülür. Oluşan karbondioksitin kütlesi kaç gram olur?

1. Adım 1: Denklem yazılır: C + O2 → CO2.
2. Adım 2: Karbonun kütlesi 12 gramdır; karbonun tamamı için gereken oksijen 32 gramdır.
3. Adım 3: Toplam kütle 12 + 32 = 44 gram olur.
4. Adım 4: Denklemdeki atom sayıları eşit olduğu için oluşan karbondioksit 44 gramdır.

Cevap: Oluşan karbondioksitin kütlesi 44 gramdır.

Bu örnekte adım sayısını not edin: kural her zaman aynı sayıda işlemle değil, kazanılması gereken bilgiye göre çözülür.

Örnek 2: Su Peroksidin Ayrışması

Soru: 68 gram su peroksit ışık etkisiyle ayrışıyor. Oluşan suyun kütlesi kaç gram olur?

1. Adım 1: Denklem yazılır: 2H2O2 → 2H2O + O2.
2. Adım 2: 2H2O2 kütlesi 2 · 34 = 68 gramdır.
3. Adım 3: Ayrışmada kalan ürünlerden biri oksijendir ve kütlesi 32 gramdır.
4. Adım 4: Kalan kütle suya aittir: 68 − 32 = 36 gram.

Cevap: Oluşan suyun kütlesi 36 gramdır.

Kavram karşılaştırma tablosu

Bu derste geçen terimler birbirine yakın durur ve sınavda karıştırılır. Aşağıdaki tabloda her terimin anlamı ve sık karıştırılan karşılığı yan yana verilmiştir.

Kural, formül ve ölçü tablosu

Aşağıdaki tablo bu konudaki kuralları tek bakışta toplar. Karar verirken önce bu tabloya bakmak, kuralı hatırlamakta işe yarar.

Sık Yapılan Hatalar

Bu konudaki tipik hataları gözden geçirmek, tekrar hata yapmayı en hızlı azaltan yoldur. Her hatanın gerekçesi yazılmıştır.

• Atom sayısını kütle sanmak: Denklemde denetlenecek olan atom sayılarıdır, kütledir. Eşit olan atomlar varsa kütle de korunur; kütle eşitliği doğrudan denklemden okunmaz.
• Gaz çıkınca kanunun bozulduğunu düşünmek: Kapalı kaptan gaz dışarı çıkmaz, yalnız içeride kalır. Toplam kütle bu yüzden değişmez ve kanun geçerlidir.
• Açık kapta yapılan deneyi hata saymak: Açık kaptan buhar ya da gaz çıktığı için tartılan kütle azalır. Bu bir ölçüm hatası değil, sistem sınırının seçilmesinden kaynaklanır.
• Toplam kütleyi tek bir ürünle karşılaştırmak: Bir denklemde ürünlerin kütleleri toplandığında tepkime maddelerinin toplam kütlesine eşit çıkar. Yalnızca tek bir ürünü tek bir maddeyle karşılaştırmak hatalıdır.

Bu dersten akılda kalması gerekenler

Kısaca: Kimyasal tepkimelerde madde miktarı korunur; tepkime sonrası toplam kütle tepkime öncesine eşittir. Bu sonucu Antoine Lavoisier ortaya atmıştır. Kanunun dayanağı, denklemde her iki taraftaki atom sayılarının eşit olmasıdır; atomlar yok olmaz, yalnızca yeniden düzenlenir. Kütle korunumunu deneyle göstermek için tepkime kapalı sistemde, yani hiçbir maddenin dışarı çıkmadığı bir kapta yapılmalıdır. Atom kütleleriyle hesaplandığında ürünlerin toplam kütlesi tepkime maddelerinin toplam kütlesine eşit çıkar; örneğin C +…

Derste gördüğümüz ana fikirler şunlar:

• Kimyasal tepkimede toplam kütle korunur, madde oluşmaz ya da yok olmaz.
• Kütle korunumu kanununu Antoine Lavoisier ortaya atmıştır.
• Kanunun dayanağı, denklemde iki taraftaki atom sayılarının eşit olmasıdır.
• Kütle korunumunu deneyle göstermek için kapalı sistem kullanılmalıdır.
• Açık kaptan çıkan gaz ölçülen kütleyi azaltır ama madde korunmuştur.
• Atom kütlesi hesapta doğrudan kullanılır, atom sayısı değil.
• Ürünlerin toplam kütlesi tepkime maddelerinin toplam kütlesine eşittir.
• Katı küçülse bile kap kapalıysa kazanın kütlesi değişmez.

Kontrol soruları

Kendi kendine dene: çözümü sen yaz, sonra anahtarla karşılaştır. Doğru yaptığın soruların altını çizmek, sınav öncesi hızlı tekrar sağlar.

1. CaCO3 → CaO + CO2 denkleminde 200 gram kireç taşından kaç gram karbondioksit açığa çıkar? (Şıklar: 44 · 88 · 112 · 156)
2. 2H2O2 → 2H2O + O2 denkleminde 68 gram su peroksit kullanılırsa oluşan suyun kütlesi kaç gram olur? (Şıklar: 32 · 34 · 36 · 68)
3. Kimyasal tepkimelerde toplam kütle nasıl değişir? (Şıklar: Değişmez · Azalır · Artar · İki katına çıkar)

Cevap anahtarı: 1) 88 — 100 gram kireç taşından 44 gram karbondioksit çıkar ve 56 gram kireç kalır. Bu oran iki katına çıkınca 200 − 112 = 88 gram karbondioksit açığa çıkar.

2) 36 — 68 gram su peroksitten 32 gram oksijen açığa çıkar. Kalan kütle suyun kütlesidir: 68 − 32 = 36 gram olur.

3) Değişmez — Kütle korunumu kanununa göre tepkime sonrası toplam kütle tepkime öncesine eşittir, yani değişmez. Sistem kapalıysa hiçbir madde dışarı çıkmaz.

Kaynak ve doğruluk notu

Bu konuda ölçü, birim ve kural iddiaları hesapla doğrulanmıştır. Kütlenin Korunumu için kullanılan her kural, konunun kendi örneklerinde gösterilerek verilmiştir; anlatım kendi ifadelerimizle yeniden düzenlenmiştir.

Ayrıca derste şu açık uçlu görevler yer alıyor; her biri puanlıdır ve kendi cevabını yazmanı ister:

• Kütle korunumunu göstermek için kapalı kapta bir tepkime tasarlayın; aldığınız ölçüm sonuçlarını nasıl yorumlarsınız? (25 puan)
• Verilen dört denklem için atom kütlelerini kullanarak iki tarafın kütlelerini hesaplayıp eşitliği nasıl denetlersiniz? (25 puan)
• Kapalı ve açık sistemde gerçekleşen aynı tepkimenin kütle ölçüm sonuçlarını karşılaştırıp farkın nedenini nasıl açıklarsınız? (20 puan)

İleri Örnek

Daha ileri bir uygulama:

Soru: 2KClO3 → 2KCl + 3O2 denkleminde 245 gram potasyum klorattan kaç gram oksijen açığa çıkar?

1. Adım 1: Potasyum kloratın kütlesi 2 · 122,5 = 245 gramdır.
2. Adım 2: Oluşan potasyum klorürün kütlesi 2 · 74,5 = 149 gramdır.
3. Adım 3: Kalan kütle oksijene aittir: 245 − 149 = 96 gram.
4. Adım 4: Kontrol: 149 + 96 = 245 gram olduğu için kütle korunmuştur.

Sonuç/cevap: Açığa çıkan oksijen 96 gramdır.

Kendini Dene

Soru: Kütle korunumunu göstermek için kapalı kapta bir tepkime tasarlayın; aldığınız ölçüm sonuçlarını nasıl yorumlarsınız?

Örnek cevap: Puanlama anahtarı: Kapalı kapta gerçekleşen uygun bir tepkimenin seçilmesi (5 puan); tepkime öncesi kütlenin ölçülmesi (4 puan); tepkime sonrası kütlenin ölçülmesi (4 puan); iki ölçümün eşit olduğunun belirtilmesi (5 puan); gaz çıkışının kapalı kapta kütle etkisinin açıklanması (4 puan); deney güvenliğine değinilmesi (3 puan). Toplam 25 puan.