Kimya yasaları

Kimya yasaları, kimya ile ilgili olan doğa yasalarıdır.

Bir kimyasal tepkimede pratik olarak tepkimeye giren maddelerin kütleleri toplamı, tepkime sonunda oluşan ürünlerin kütleleri toplamına eşittir. Ancak gerçekte tepkime sonunda bir miktar kütle enerjiye dönüşür. Fakat bu kütle oldukça az olduğundan ihmal edilir.

Tanım: Kimyasal olaylarda, tepkimeye giren maddelerin kütleleri toplam, tepkime sonunda oluşan maddelerin kütleleri toplamına eşittir. Bu olaya “Kütlenin Korunumu Yasası” denir. Kütlenin korunumu yasası, zaman zaman Lomonosov-Lavoisier yasası olarak da adlandırılan, kapalı bir sistemde var olan çevrimler ve işlemler ne olursa olsun, kütlenin sabit kalacağını belirten yasadır. Denk bir ifadeyle açıklamak gerekirse kütlenin durumu yeniden düzenlenebilir fakat kütle yaratılamaz veya yok edilemez. Böylece, kapalı bir sistem dahilindeki her türlü kimyasal tepkime ve proseste tepkenlerin (yani reaktantların) kütlesi, ürünlerin kütlesine eşit olmalıdır. Kimyasal tepkimelerde kütle enerjiye dönüşmez. Çekirdek reaksiyonlarında ise kütle E=mc² ye göre enerjiye dönüşebilir.

Fizik ve kimya derslerinde sık sık karşılaştığımız bir söz vardır: “Var olan şey yok, yok olan da var edilemez”. “Maddenin veya kütlenin korunumu yasası” olarak bilinen bu ifade, Fransız kimyacısı A. L. de Lavoisier'e aittir. Lavoisier kimyasal bileşiklerdeki kütle miktarlarının değişmezliği konusunda şunları söylemiştir: “Hiçbir şey ne yapay ne de doğal işlemlerle yeniden yaratılmaz. şu temel yasa ortaya atılabilir ki, her bir işlemde madde niceliği işlemden önce ve sonra aynı büyüklüktedir ve temel maddelerin niteliği aynıdır; yalnızca dönüşümler ve değişen biçimler vardır.” Bu bilgi modern nicel kimyanın temeli olmuş ve daha sonra, kimyasal tepkimelerde “Kütlenin Korunumu Yasası” olarak nitelenmiştir.

Şimdi her tarafı kapalı bir kap düşünelim. İçinde yüzlerce çeşit bileşik bulunsun. Kabımızı tartalım ve ateşin üzerine koyalım. Bunun sonucu olarak da, kabın içinde çok sayıda reaksiyon olduğunu ve birçok yeni bileşiklerin de teekkül ettiğini farz edelim. Deney sonunda kabımızı tekrar tarttığımız zaman, ağırlığının aynı kaldığını görürüz. Çünkü, kabımız kapalı olduğundan dar madde çok olmamış, yani, mevcut kütle kaybolmamıştır. Dardan da herhangi bir madde girişi olmadığından, yoktan yeni bir kütle meydana gelmemiştir. Dardan içeriye bir şey koysaydık veya içinden bir şeyler alsaydık, kutunun ağırlığında mutlaka bir değişme olacaktı.

Kısaca, kütlenin korunumu, çerçevesi tespit edilmiş bir kapalı sisteme uygulanan ve maddenin dönüşümleri esnasındaki ağırlıkla ilgili münasebetleri gösteren bir yasadır. Ansiklopedilerden Lavoisier'in biyografisini okuduğumuz zaman, O'nun, kimyada teraziyi kullanan ikinci ilim adamı -ilk Van Helmont- olduğu görülür. Buradan da o kimyacının, söz konusu ifade ile maksadının ne olduğu açıkça anlaşılmaktadır. Kütlenin korunumu prensibinin geçerli olmadığı durumlar mevcuttur.Einstein'ın E=mc² eşitliğine göre kütlenin ışık hızının karesiyle çarpımı o kütlenin sahip olduğu potansiyel enerjiyi verir ve kütle enerjiye, enerji de kütleye dönüşebilir. Bu uygulamaya misal olarak bir atomun çekirdeğini tekil etmek üzere bir araya gelen nötron ve protonların toplam kütlelerinin azalmasını verebiliriz. 35/17 CI şeklinde gösterilen klor atomu çekirdeği kütlesinin, 18 nötron ve 17 protonun toplam kütlesine, yani 172.007277+ 182.008665 = 35.289005 atomik kütle birimine eşit olması gerekir. Burada 1.007277 bir protonun, 1.008665 de bir nötronun kütlesidir. Fakat çok hassas deneyler sonucunda bir klor atomu çekirdeğinin 34.96885 atomik kütle birimi olarak, yani, 0.32016 daha az bulunmuştur. Aradaki kütle fark, enerjiye dönüşmüş, madde aleminden yok olmuştur.

Örnek: Lavoiser, HgO bileişiğini ısıtıyor. HgO bileişiği Hg ve 1/2O2 şeklinde bileşenlerine ayrılıyor. Dolayısıyla başlangıçta aldığı madde sadece bileşenlerine ayrışmış oluyor. Ortaya çıkan O2 gaz uzaydan başka bir yere gidemeyeceğine göre. Kimyasal olaylarda kütle mutlaka korunur.

Yürürlükteki kurama göre, yanma, yanan nesnenin “flojiston” denen, ama ne olduğu bilinmeyen, gizemli bir madde çıkarması demekti. Odun kömürü gibi yandığında geriye en az kül bırakan nesneler flojiston bakımından en zengin nesnelerdi. Lavoisier yaptığı bir deneyde şu sonuca varır. Cıva oksidin ısı altında cıvaya dönüşmesiyle kaybettiği ağırlık ile çıkan gazın ağırlığı denkti. Bunun anlamı şuydu: yanma, yanan nesnenin flogiston salmasıyla değil, havanın etkili bölümüyle (yani oksijenle) birleşmesiyle gerçekleşmektedir.

Lavoisier'i unutulmaz yapan bir özelliği de nesnelerin kimyasal değişimlerini ölçmede gösterdiği olağanüstü duyarlılıktı. Bu özelliği ona “Kütlenin Korunumu Yasası” diye bilinen çok önemli bilimsel bir ilkeyi ortaya koyma olanağı sağlar. Lavoisier kimi kez kendi adıyla da anılan bu ilkeyi şöyle dile getirmiştir: “Madde yoktan var edilemediği gibi, vardan da yok edilemez. Sadece birinden ötekine dönüşe bilir”

1804 yılında bu yasayı bulan John Dalton, bileşiklerde elementler arasındaki kütle oranının korunmasına karşın bazen aynı elementlerin birbirleriyle birleştiklerinde farklı özellikler gösteren bileşikleri oluşturduğu gözlenmiştir. Örneğin karbon ve oksijenin birleşmesiyle özellikleri tamamen birbirinden farklı karbondioksit ve karbonmonoksit diye adlandırılan iki farklı ürün meydana gelir. Karbonmonoksit oldukça zehirli bir gazken karbondioksit soluk alıp verirken dışarı attığımız zehirli olmayan bir gazdır ve yeşil bitkilerin yaşamını sürdürmesi için gereken en temel elemanlardan biridir

Birleşen Hacim oranları yasası (Gay – Lussac Yasası)

a) Kimyasal bir tepkimeye giren gazlarla, tepkimede oluşan gaz halindeki ürünlerin aynı koşullarda (aynı sıcaklık ve basınç) hacimleri arasında sabit bir oran vardır.

b) Aynı koşullarda gazların hacimleri mol sayıları ile doğru orantılıdır.

Örn; H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g) tepkimesine göre, 1 mol H2 1 mol Cl2 ile birleşerek 2 mol HCl oluşturur.Hacimler mol sayıları ile doğru orantılı olduğundan, aynı olayı anlatmak için “1 hacim H2 gazı, 1 hacim Cl2 gazı ile birleşerek eşit koşullarda 2 hacim HCl gazı oluşturur.” İfadesi de kullanılabilir.

Aynı şekilde, N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) tepkimesine göre 1 hacim azot gazı 3 hacim hidrojen gazı ile birleşerek eşit koşullarda 2 hacim NH3 gazını oluşturur diyebiliriz.

Bir atomdan bir elektron koparmak için gerekli olan enerjidir. Bu enerji her atomda aynı değildir. Örneğin helyum atomundan bir elektron koparmak için en büyük enerjiyi vermeniz gerekir (helyum iyonlaşma enerjisi en büyük olan atomdur.). Bir atomun iyonlaşma enerjisi demek onun kimyasal tepkimeye girme isteği demektir. Bu nedenle soygazlar çok nadir tepkime yaparlar. Eğer bir atomun iyonlaşma enerjisi büyükse o atomu kimyasal tepkimeye sokmak da o kadar zordur. Zaten atomlar değerlik orbitallerini doldurmak için kimyasal tepkimeye girerler. Değerlik orbitalleri dolu olan bir atomu kimyasal tepkimeye sokmak demek ondan elektron koparmak demektir bu nedenle değerlik elektronları dolu olan atomlar çok nadir tepkimeye girerler.

0 °C derecede 1 atm basınç altında deniz seviyesindeki koşula normal şartlar denir.Normal şartlar altında 1 mol gazın hacmi 22,4 lt, yani 6,02*10²³ atomdur.

İdeal gaz yasası, sadece teoride olan ideal gazların durumları hakkında denklemler sağlayan bir yasadır. Bir miktar gazın durumu; basıncı, hacmi ve sıcaklığına göre belli olur.

Bu yasa, eşit hacimdeki gazlar, eşit sıcaklıklarda aynı sayıda parçacık ya da molekül olduğunu öne sürer. Buna göre, belirli bir hacimdeki gazın bulundurduğu molekül sayısı, gazın kütle ya da boyutundan bağımsızdır. Örnek olarak, aynı hacimdeki hidrojen ve nitrojen verilebilir. Buna göre, hidrojen de nitrojen de aynı molekül sayısına sahiptir.

Boyle yasasına göre, sıcaklıklar sabit tutulduğu sürece, belirli ölçüde alınan bir ideal gazın hacmiyle basıncının çarpımı sabittir.

François-Marie Raoult tarafından 1887 yılında tanımlanmış Raoult Yasası, bir çözeltideki saf çözücü ile çözünen arasındaki ilişkiyi inceleyen termodinamik bir yasadır. Bu yasaya göre bir sıvıda uçucu olmayan bir katı çözündüğünde oluşan çözeltinin buhar basıncı çözücünün saf hâldeki buhar basıncı ile çözeltideki mol kesrinin çarpımına eşittir.

Bu yasaya göre, sabit basınçta, herhangi bir miktardaki ideal gazın hacminin azalıp çoğalması, aynı oranda sıcaklığının da azalıp çoğalmasını etkiler.